# чтиво | Как работают наушники?
Сложно найти более распространенный технический объект, чем наушники. Многообразие форм, цветов и дизайнерских решений порой поражает воображение. Но вот о том, «что внутри» — уже известно заметно меньше. Именно этот пробел я хочу восполнить и рассказать о том, какие бывают виды наушников «изнутри», зачем они придуманы, и как отличаются.
Сразу оговорюсь, что в основном буду рассматривать современное состояние рынка наушников, с небольшими экскурсами в историю вопроса, поскольку история наушников уходит корнями в век 19-й, и достойна, пожалуй, отдельного материала.
Для начала, стоит обсудить форм-факторы наушников, чтобы потом можно было делать ссылки на то, какие излучатели где применяются.
В английском языке все гораздо проще, там основные форм-факторы разделены названиями. Наушники, надевающиеся на голову, называются headphones, вставляющиеся в слуховой проход — earphones, вкладыши типа стандартных Apple-овских — earbuds. Также есть термины для разделения двух категорий headphones: circumaural — наушники, амбушюры которых охватывают ухо целиком, supra-aural — накладные наушники, у которых амбушюры выполнены обычно в виде подушечек, прижимающихся к ушам.
В русском языке такого порядка нет, и поэтому наблюдается сильный разброд и шатание. Например под «мониторными» наушниками часто понимают circumaural headphones, хотя иногда «мониторными» называют наушники с ровной АЧХ, используемые для контроля качества звука при записи. Некоторые называют «вкладышами» или «вставками» все маленькие наушники, другие относят этот термин к erabuds. Также запутывает и термин «накладные», иногда относящийся ко всем headphones, иногда только к supra-aural.
Поскольку в данной статье надо четко отделять полноразмерные наушники от внутриканальных, то я так и буду их называть, делая при необходимости оговорки.
Самая популярная схема излучателей, использующихся в наушниках — это всем известные динамические излучатели с подвижной катушкой.
В статическом магнитном поле находится катушка из провода, по которому проходит переменный ток, промодулированный звуковым сигналом. Изменение тока в проводнике приводит к изменению электромагнитного поля, окружающего его. В свою очередь, взаимодействие двух магнитных полей (постоянного от магнита и переменного от катушки) заставляет катушку перемещаться. Катушка крепится к тонкой мембране, закрепленной на эластичном подвесе, и движение катушки вызывает вибрацию мембраны, которая передается по воздуху и воспринимается нами как звук.
Мембраны изготавливают из разного материала, и это, безусловно, влияет на звук. В дешевых наушниках используются разные синтетические полимерные пленки, в решениях дороже очень популярен майлар, целлюлоза и другие материалы. В некоторых топовых моделях наушников используется титан, хотя сейчас уже есть FA-003Ti, предлагающие динамики с титановой мембраной по доступной цене.
Вот пример типичного динамического излучателя наушников.
Так же страдают излучатели подобной конструкции из-за неравномерности магнитного поля, в котором движется катушка, да и сама мембрана с ее подвесом — тоже в реальном мире добавляет звуку неравномерности и непредсказуемости.
Наконец еще один фактор — достаточно большие линейные размеры динамических излучателей. Как ни крути — сделать компактной круглую мембрану не выйдет.
Попыткой решить все эти проблемы стало появление излучателей со сбалансированным (уравновешенным) якорем. Они же — «арматуры», от их английского названия «balanced armature».
Изобретены эти излучатели были в 20-х годах прошлого века, и из-за небольшого размера практически сразу стали использоваться в медицине для слухопротезирования. В годы Второй мировой войны их также активно использовали в военных телефонах, которые благодаря «арматурам» обеспечивали звук на 20–40 % громче динамических собратьев.
Устройство этих излучателей достаточно просто. Как несложно догадаться из названия, в их основе лежит П-образная пластина-якорь с катушкой, расположенной на ее оси. Эта пластина подвешена (уравновешена) в магнитном поле таким образом, что может вращаться в нем. Дальше все просто: звуковой сигнал подводится к катушке, возникает магнитное поле, якорь отклоняется от своего обычного положения. Через соединение движение якоря передается на мембрану, которая и дает звук.
Как водится, нет плюсов без минусов, минус этих излучателей — более узкий частотный диапазон по сравнению с «динамами». Производители преодолевают это разными способами. Некоторые тюнингуют излучатели, добиваясь максимального диапазона (например, одни из признанных лидеров рынка слухопротезирования Phonak с их линейкой наушников Audeo). Другие производители комбинируют в одном наушнике сразу несколько излучателей, отвечающих за разные участки частотного диапазона. Эту задачу упрощают и производители самих излучателей, выпуская сдвоенные модели в одном корпусе. Гонка вооружений достигла уже невероятных высот, и сейчас есть модели наушников с 4 драйверами на одно ухо (Sony, Westone, и другие), а в кастомных наушниках, изготавливаемых по слепкам ушей, так и вообще есть популярные модели от 6 до 10 драйверов.
Последнее время многие компании выпускают гибридные наушники, в которых динамический излучатель для низких частот сочетается с арматурным для среднего и высокочастотных диапазонов. Я слушал пока только одну модель, но, стоит признать, результаты интересные.
В наушниках часто бывает так, что все новое — это хорошо забытое старое. Также случилось и со следующими типами излучателей: изодинамическими и ортодинамическими (иногда еще встречается название «планарные»). Лет 30 назад они были очень популярны, даже в СССР выпускались несколько моделей с такими излучателями под маркой ТДС, которые сейчас любители качественного звука ищут и реставрируют.
Принцип работы и изо- и ортодинамических моделей одинаков, отличается только формой самого излучателя. На тонкую мембрану наносится токопроводящая спираль-пленка, сама мембрана размещается между двух магнитных решеток. Дальше все традиционно — на спираль подается ток, электромагнитное поле катушки взаимодействует с полем магнитов, мембрана колеблется, получается звук.
Вот мембрана одной из самых популярных моделей изодинамических наушников — Fostex T50RP.
В целом, изодинамические наушники отличаются более высоким уровнем детальности, но обычно требуют хорошего усилителя для раскрытия их возможностей.
С появлением нормальных ферромагнетиков, динамические излучатели вырвались вперед, так как для электростатики нужна очень тонкая мембрана, которую было невозможно производить в то время.
Возвращаться в широкое использование электростаты стали где-то с 1950-х годов, в основном в виде больших акустических систем. В 1960 году, японская компания Stax выпустила свою первую модель электростатических наушников SR-1, и в настоящее время Stax и электростатические наушники стали почти синонимами, хотя электростаты выпускают и другие компании, среди них Koss, AKG и Sennheiser (их система Sennheiser Orpheus стоит нездоровых 12 000 долларов).
Как работает этот шедевр аудиофильской промышленности? Мембрана из тончайшего полимера располагается между двумя электродами-сетками, покрытыми изолирующим лаком. На эти электроды подается звуковой сигнал, правда, в отличие от других видов излучателей — с очень большим напряжением (от 100 до 1000 вольт), возникает электрическое поле, которое вызывает колебания мембраны. Через отверстия в электродах звук выходит наружу. Из-за необходимости высокого напряжения, электростатические наушники требуют специальных усилителей (или особых устройств-«энерджайзеров», являющихся по сути повышающими трансформаторами).
Иногда на вторичном рынке появляются электростатические наушники б/у в хорошем состоянии, и это способ обзавестись ими за вменяемые деньги. Я, например, весьма недорого купил винтажные «золотые» Stax SR-5 с энерджайзером, и очень доволен покупкой.
Источник
Устройство наушника: виды, конструкция наушников и принцип работы
В современном мире можно встретить большое разнообразие всевозможных наушников. Поэтому сделать необходимый выбор не составит труда даже самому требовательному потребителю. Выбор устройства наушников осуществляют по нескольким параметрам, самым важным из которых считается способ удержания его в ушах. По этому признаку различают два основных вида приспособлений. Первые вставляются непосредственно в ухо. Вторые называются накладными, потому что они прикладываются к ушам с наружной стороны.
Существуют и другие различия, позволяющие классифицировать имеющиеся виды подобных приборов. Таким образом, устройства наушников можно разделить на проводные модели и те, что работают без участия проводов. Также существуют аппараты открытого типа и закрытые устройства. Кроме этого, они могут иметь вид вкладышей или являться вакуумными. Существует еще ряд других признаков, позволяющих разделить приспособления на группы.
Устройство наушников является основополагающей причиной выбора большинства современных потребителей. Сегодня этот вид акустических аксессуаров представляют несколько основных групп товаров.
Вставные
В быту эти устройства имеют более простое название – их прозвали «вкладышами». Среди прочих моделей они имеют наиболее привлекательную стоимость. Чаще всего подобными аксессуарами комплектуют всевозможные мобильные гаджеты. К примеру, они могут выступить в качестве устройства наушников для телефона. Современный стандарт таких моделей был создан разработчиками компании Etymotic Research.
Произошло это еще в первой половине 90-х годов прошлого века, однако общедоступной эта группа товаров стала значительно позже. Устройство динамиков и наушников этой марки не отличается наилучшим качеством звука – говорят отзывы. Кроме этого, техника плохо сочетается с анатомическими особенностями некоторых людей. В комплектации предусмотрено наличие амбушюр из поролона, однако ожидаемой степени звукоизоляции они не производят.
Сменные насадки
Для более дорогих моделей телефонов предусмотрены сменные насадки. Они позволяют лучше осуществлять фиксацию устройства наушника в ухе. Положительным качеством подобных образцов является их компактность, создающая комфортные условия во время путешествий. Однако на смену вставным приборам сегодня приходят более совершенные модели внутриканальных наушников, которые имеют с ними схожие внешние данные.
Внутриканальные
На текущий момент эти аксессуары являются одним из самых востребованных видов товаров, позволяющих прослушивать всевозможную звуковую информацию с mp3-плееров, а также смартфонов. Фиксация таких приспособлений в ухе происходит намного лучше, чем в предыдущей модели из-за более глубокой посадки. Эта особенность позволяет значительно улучшить качество воспроизведения музыкальных треков за счет снижения амплитуды колебаний на мембране. Также это позволяет уменьшить степень искажения звука, так говорят отзывы пользователей.
В комплекте с устройствами всегда прилагается большое число различных насадок. Качество внутриканальных наушников значительно выше, чем у вставных, но все же ниже по сравнению с накладными. Это связано с тем фактом, что миниатюрный динамик не способен физически составить конкуренцию более крупным образцам. Владельцам этого вида наушников рекомендуется проявлять внимание на улицах из-за качественной изоляции воспроизведения от внешних шумов.
Стоит отметить, что вставные и внутриканальные устройства благодаря своей компактности являются наиболее удачными для использования в мобильных телефонах. Кроме этого, в их комплекте всегда присутствует полезная гарнитура. Устройство наушников с микрофоном пользуется наибольшей популярностью среди прочих аналогов.
Накладные
Способ фиксации этих аксессуаров на внешней стороне уха красноречиво заложен в названии устройства. Такая разновидность наушников является наиболее удобной применительно к спортивным моделям. Они накладываются снаружи на ушную раковину, однако до конца не перекрывают ее. Динамик, служащий источником звука, не попадает во внутреннюю полость, а ведет передачу звука извне.
Это служит причиной установки более мощного излучателя, способного выдавать более мощную громкость. Это становится возможным за счет возросших габаритов. Этот вид наушников обладает относительной компактностью. На них устанавливают два вида креплений. Они имеют раздельные дужки, надевающиеся на каждое ухо, либо связаны общим креплением в виде дуги. Среди основных минусов можно отметить недостаточную звукоизоляцию.
Полноразмерные
Этот вид аксессуаров хорошо подходит для стационарного домашнего использования, благодаря превосходному качеству передаваемого звука. Однако объемные габариты устройств этой группы не позволяют удачно использовать их для поездок и передвижений. Хотя ценителей полноценного звучания этот факт не всегда останавливает.
Чашки подобных моделей своим размером способны полностью перекрывать ушные раковины. Эта особенность в совокупности с эластичными амбушюрами позволяет создавать значительную изоляцию от внешних шумов, что дает возможность воспринимать даже тончайшие музыкальные оттенки. Сегодня полноразмерные наушники относятся к премиум-сегменту. Подобные аксессуары отличаются облегченным весом и удобной конфигурацией. В некоторых случаях применяют складывающиеся модели с укороченным вариантом шнура, позволяющим более выгодно использовать приспособление с мобильными устройствами.
Мониторные
Такая разновидность моделей имеет много внешних сходств с полноразмерными наушниками благодаря своим габаритам. Чашки этих устройств также способны перекрывать всю поверхность ушных раковин. Но отличаются они более объемной конструкцией, а также ощутимо повышенной мощностью излучателя. Кроме этого, на таких наушниках устанавливают мощную соединительную дугу и кабель, имеющий большую длину.
Этот вариант исполнения наушников совершенно не предназначен для применения с портативной аппаратурой и непригоден для прослушивания треков низкого качества. Здесь применяется широкий диапазон звуковой передачи, распределяемой в выверенном балансе. Такие аксессуары применяются для студийной аппаратуры и профессиональной аудиотехники высокого качества.
Способы передачи сигнала
Эта характеристика позволяет разделить модели наушников по способу подключения к воспроизводящей аппаратуре. В этой группе долгое время доминировали проводные системы, не имеющие вовсе никакой альтернативы. Однако сегодня на потребительском рынке можно приобрести наушники, использующие беспроводную систему передачи сигнала на определенном расстоянии. Такие устройства имеют исключительное качество, они совершенно не ограничивают свободу перемещения. Наибольшей популярностью пользуются блютуз-наушники. Устройство это очень компактное и качественно передает звук.
Проводные
Проводные системы до сих пор не утратили актуальности и являются наиболее востребованной группой товаров среди звукопередающих устройств. Они обладают более привлекательной стоимостью и отличаются высоким качеством воспроизведения. Для подключения наушников этого типа используют провода, различные по длине, посредством коннектора, оборудованного разъемом серийного стандарта mini-jack 3,5 миллиметра.
В проводе может устанавливаться микрофон или регулировка громкости, а также кнопка, позволяющая принять вызов. Проводные системы используют абсолютно для всех видов наушников, независимо от конструкции или типа выключателя. Большим спросом пользуются USB-наушники. Устройство позволяет подключаться, минуя линейный выход, предназначенный для большинства проводных систем. Штекер таких наушников подходит к любому не занятому USB-порту, который имеется на всех современных устройствах.
Беспроводные
Новая беспроводная система позволяет избавиться пользователю от всех ограничений, связанных с проводами. Для некоторых людей до сих пор остается загадкой, какими бывают подобные системы и на что необходимо обращать внимание при покупке подобных приспособлений. Хоть сегодня еще существуют все 4 вида беспроводных систем, однако радио- и инфракрасный порт уже практически не применяются.
Наибольшей популярностью пользуется компактное устройство – Bluetooth-наушники. Кроме этого, увеличивается спрос на Wi-Fi-системы, отличительной чертой которых является большой радиус приема. WI-Fi-устройства способны осуществлять прием передач непосредственно из сети. Питание такие приспособления получают от персональных аккумуляторов, встроенных в корпус. Среди наушников с беспроводным оборудованием можно также встретить гибридные системы, которые позволяют использовать различные пути подключения.
Устройство наушников айфона
Основным производителем этой категории товаров является компания Apple, которая недавно запустила новую серию AirPods с беспроводной системой подключения. Это первый опыт компании в выпуске устройств беспроводных наушников, подключается которое через Bluetooth. Это решение, скорее всего, спровоцировано отсутствием в новых iPhone 7/7s гнезда диаметром 3,5 мм, позволяющего подключать проводные аксессуары. А это означает, что потребителям приходилось для подключения использовать переходники либо приобретать фирменные устройства, имеющие разъем Lightning.
Заключение
Осуществляя выбор наушников, необходимо принимать во внимание, что имеют значение не только внешние характеристики, но и способность передавать качественное звучание. Этот фактор стоит ставить во главу списка требований к приобретаемому устройству. Перед принятием окончательного решения рекомендуется произвести суммарную оценку положительных качеств аксессуара и оценить качество воспроизведения.
Не стоит останавливать окончательный выбор на моделях, способных выдавать наиболее громкий звук. Это свойство не всегда соответствует качеству звучания. Лучше обратить внимание на приспособления закрытого типа, обладающие лучшей шумоизоляцией. Использовать наушники с усиленной изоляцией от внешних звуков не рекомендуется в местах большого скопления людей, чтобы избежать неприятных ситуаций. Пользоваться устройством следует в течение ограниченных временных промежутков. Иначе могут начаться проблемы со слухом.
Источник