HS80 v2 Max: Wyjaśnienie działania 50-milimetrowych przetworników laminowanych o właściwościach nienewtonowskich

W rozgrywkach turniejowych cichy dźwięk następujący po głośnym często ma największe znaczenie: odgłos kroków po eksplozji, przeładowanie po wymianie ognia, komenda zmiany pozycji po salwie strzałów. Standardowe przetworniki w zestawach słuchawkowych utrudniają ich wychwycenie, ponieważ ta sama membrana, która odtwarza dźwięk eksplozji, nadal porusza się przez krótką chwilę po tym, jak sygnał nakazuje jej zatrzymanie się. Najnowsze przetworniki 50 mm firmy CORSAIR, wprowadzone wraz z bezprzewodowym zestawem słuchawkowym do gier HS80 v2 MAX, wykorzystują membranę z laminatu nienewtonowskiego (NNL), zaprojektowaną tak, aby szybciej się ustabilizować po głośnym sygnale przejściowym. W niniejszym artykule wyjaśniono, czym właściwie jest materiał nienewtonowski, dlaczego zmienia on zachowanie przetwornika oraz co pokazują pomiary akustyczne leżące u podstaw tego rozwiązania.

Membrana głośnika jest obiektem fizycznym posiadającym masę, a masa opiera się nagłym zmianom ruchu. Gdy przetwornik odtwarza głośny i nagły dźwięk, taki jak wystrzał lub eksplozja, membrana gwałtownie przyspiesza, aby wygenerować ten dźwięk, a następnie musi równie szybko zwolnić po ustaniu sygnału. W praktyce większość membran nie zatrzymuje się na zawołanie. Przez krótką chwilę nadal wibrują samodzielnie, a ruch ten wynika raczej z własnej sztywności i pędu membrany niż z jakiegokolwiek elementu sygnału audio.

To pozostałe drganie nazywa się „akustycznym efektem widma” i jest to raczej problem synchronizacji niż głośności. Wygasający ogon jednego dźwięku nakłada się na początek kolejnego, a jeśli w tym przedziale czasu rozlegnie się odgłos kroku lub przeładowania, zostanie on częściowo zagłuszony przez eksplozję, która technicznie rzecz biorąc już się zakończyła. Rozwiązaniem nie jest zwiększenie głośności ani czułości przetwornika. Chodzi o to, aby przetwornik przestał się poruszać wcześniej.

Termin „nienewtonowski” wywodzi się z mechaniki płynów. W płynie newtonowskim, takim jak woda, lepkość pozostaje stała niezależnie od wielkości przyłożonej siły. W płynie nienewtonowskim lepkość zmienia się w zależności od przyłożonego naprężenia. Najbardziej znanym przykładem jest mieszanina skrobi kukurydzianej i wody: po powolnym mieszaniu zachowuje się ona jak ciecz, ale po gwałtownym uderzeniu przez krótką chwilę opiera się jak ciało stałe. Zachowanie materiału zależy od tego, jak szybko i z jaką siłą jest on poddawany oddziaływaniu, a nie tylko od tego, z czego jest zbudowany.

Laminat nienewtonowski wykorzystuje tę samą zasadę wewnątrz samej membrany, umieszczając cienką warstwę płynu nienewtonowskiego pomiędzy stałymi warstwami laminatu, zamiast opierać się wyłącznie na materiale stałym. Podczas normalnego odtwarzania dźwięku laminat pozostaje miękki i responsywny, poruszając się swobodnie w celu odtworzenia tonów średnich i wysokich, przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej masy i sztywności. W obliczu dźwięku o dużej sile, takiego jak eksplozja, ten sam materiał sztywnieje i pochłania nadmiar energii w postaci ciepła, zamiast pozwalać jej odbijać się tam i z powrotem w postaci drgań. W praktyce oznacza to, że membrana przestaje drgać szybciej po głośnym dźwięku, torując drogę do odtworzenia kolejnego sygnału audio, zamiast zagłuszać go – jest to zaleta, której nie może dorównać standardowa membrana.

Takiego zachowania membrany nie da się dostrzec ani łatwo opisać na podstawie arkusza specyfikacji, dlatego inżynierowie akustycy opierają się na pomiarze zwanym skumulowanym zanikiem spektralnym (CSD), nazywanym czasem wykresem kaskadowym. Wykres CSD posiada trzy osie: częstotliwość wzdłuż jednej osi, czas wzdłuż drugiej oraz amplitudę wzdłuż trzeciej. Zamiast przedstawiać brzmienie przetwornika w pojedynczym momencie, wykres ten pokazuje, w jaki sposób energia przy każdej częstotliwości zanika po wzbudzeniu, ujawniając dokładnie, które częstotliwości nadal rezonują i jak długo. Przyjrzyjmy się wykresowi CSD i porównajmy membranę polimerową z membraną NNL:

Różnica jest widoczna bezpośrednio w przebiegu zaniku sygnału. W przypadku standardowej membrany polimerowej energia resztkowa spowodowana wybuchem w zakresie częstotliwości 1 kHz–10 kHz – tym samym zakresie, w którym przenoszone są odgłosy kroków, przeładowań i inne szczegóły lokalizacyjne – rozciąga się aż do 70–80 ms po początkowym dźwięku. W przypadku membrany NNL ten sam zakres średnich częstotliwości rozciąga się na około 60 ms w większości pasma, co nadal stanowi wynik lepszy od 70–80 ms charakterystycznego dla standardowej membrany. Oznacza to przyspieszenie o około 16% w zakresie częstotliwości, w którym ma to największe znaczenie, zapewniając graczom wyraźniejszy przedział czasowy na wychwycenie kolejnego sygnału, zamiast oczekiwania na wyciszenie się poprzedniego.

To samo porównanie staje się bardziej przejrzyste, gdy przedstawi się je w postaci jednej liczby: punktu, w którym każda częstotliwość trwale spada poniżej progu słyszalności. Wykreślenie tego czasu ustalania się w całym zakresie częstotliwości pozwala przekształcić dwa wykresy kaskadowe w jedno bezpośrednie porównanie.

W zakresie częstotliwości od 1 kHz do 10 kHz membrana NNL ustabilizuje się średnio o około 7% szybciej niż standardowa membrana polimerowa przy stałym progu 60 dB. W zakresie 1–3 kHz, gdzie rezonans standardowej membrany utrzymywał się najdłużej, różnica ta wzrasta nawet do 16%. Poniżej 1 kHz zachowanie obu materiałów się rozbiega: membrana NNL ustabilizuje się wolniej niż standardowa membrana polimerowa, szczególnie w zakresie częstotliwości od 400 do 800 Hz. Jednak w trakcie rozgrywki zjawisko „duchów” w niskich częstotliwościach ma ogólnie mniejsze znaczenie, więc istotna poprawa koncentruje się niemal wyłącznie w zakresie średnich częstotliwości, gdzie głośny dźwięk najczęściej zagłusza odgłos kroków lub przeładowania broni tuż po ich wystąpieniu.

Przetworniki NNL nie wpływają na maksymalny poziom głośności, jaki może osiągnąć przetwornik; zmieniają natomiast tempo, z jakim przetwornik przestaje wibrować po wystąpieniu głośnego dźwięku. Krótszy czas wybrzmiewania oznacza mniejsze nakładanie się kolejnych dźwięków, dzięki czemu odgłos kroków lub przeładowania broni tuż po wybuchu ma większą szansę zostać usłyszany, zamiast zostać zagłuszony przez resztkowe drgania.

50-milimetrowy przetwornik laminowany typu nienewtonowskiego zadebiutował w bezprzewodowych słuchawkach gamingowych CORSAIR HS80 v2 MAX, gdzie został połączony z kapsułą mikrofonową o średnicy 10 mm klasy nadawczej, technologią bezprzewodową działającą jednocześnie w paśmie 2,4 GHz i przez Bluetooth oraz obsługą przestrzennego dźwięku Dolby Atmos. Wszystkie te funkcje zostały zaprojektowane tak, aby po ustaniu głośnego dźwięku następny był wyraźnie słyszalny w słuchawce – właśnie to jest głównym celem, dla którego stworzono model HS80 v2 MAX.