Як влаштовані навушники: принцип роботи.

З моменту появи перших навушників, їхній устрій кардинально не змінився. Покращилася лише якість звучання, розширилися можливості і змінився зовнішній вигляд - аксесуар став більш компактним. Сьогодні асортимент всіляких навушників і гарнітур дозволяє вибрати модель відповідно до індивідуальних запитів. Що ж являє собою даний аксесуар?

Основні типи навушників

Типи навушників відповідають на питання, як вони тримаються на голові і сидять на вухах. Повнорозмірні навушники, оснащуються оголів'ям з великими чашками і амбушюрами, які повністю охоплюють вуха. Навушники за визначенням не тиснуть на вуха, тому вважаються найбільш комфортними серед усіх типів. Розміри навушників не обмежують конструкторів у використанні великих високоякісних випромінювачів, тому переважна більшість найдосконаліших за звучанням навушників - повнорозмірні. Але великі розміри іноді можуть бути і недоліком, наприклад, поза домом і офісом більшість меломанів воліють більш компактні моделі.

Накладні навушники принципово не відрізняються від повнорозмірних, але мають менші розміри чашок і амбушюрів, не охоплюючи, а накладаючись на вушні раковини. Через меншу вагу багато меломанів вибирають їх для прослуховування музики в дорозі, однак цей тип навушників злегка притискає вуха, заподіюючи деякі незручності. Натомість, на відміну від повнорозмірних моделей, накладні навушники не заважають носити окуляри та великі сережки. Крім того, серед накладних навушників часто зустрічаються модні дизайнерські моделі, що відрізняються різними кольорами та оригінальною формою. Такі навушники підійдуть тим, хто цінує індивідуальність стилю і любить виділятися.

Навушники-вкладиші, схожі формою на краплі, вкладаються у вушну раковину. Легкі і дуже компактні ці навушники не дають безкомпромісного звуку, зате стоять недорого і дозволяють чути, що відбувається навколо, попереджаючи користувача про можливі неприємності.

Тим же, хто хоче отримати мініатюрність навушників, але і відмінну шумоізоляцію укупі з високою якістю відтворення варто звернути увагу на внутрішньоканальні моделі («затички»), які вставляються прямо в слуховий канал. Однак для найкращої якості відтворення і комфортного використання внутрішньоканальні навушники повинні якомога точніше підходити до діаметру і форми вушного каналу, тому користувачам часто доводиться підбирати насадки-амбушюри, набуваючи, наприклад, додаткові насадки зі спаленої гуми. Найдорожчі моделі внутрішньоканальних навушників пропонують опцію індивідуального виготовлення під вуха майбутнього власника. Якщо ж внутрішньоканальні навушники сидять у вухах не ідеально, вони і звучати будуть також, особливо в області басів, викликаючи до того ж неприємні відчуття під час тривалих сеансів прослуховування.

Акустичне оформлення навушників

Акустичне оформлення навушників пов'язане з конструкцією чашок: відкритий тип ‒ повітря від зворотного боку випромінювача вільно залишає навушники крізь чашку, зроблену зазвичай у вигляді металевої або пластикової решітки. Закритий тип ‒ задня чашка динаміка герметична, створюючи акустичну камеру, в якій працює випромінювач. Зустрічається також третій тип - напіввідкритий, де камера випромінювача не закрита повністю, залишаючи прохід для повітря.

Відкриті навушники - полегшені, комфортні, мають нейтральний і повітряний характер відтворення, ‒ у відсутності задньої камери ніде проявитися корпусним резонансам, що фарбують звук. З іншого боку від навушників відкритого типу важче отримати найглибший бас, так як виробники змушені боротися з природним спадом чутливості - 6 дБ/октава. Крім цього, відкриті навушники майже не відсікають зовнішні звуки, гірше захищені від вологи і пилу, тому погано пристосовані для використання в галасливих місцях і поза приміщеннями.

Закриті навушники дають підвищену звукоізоляцію, відсікаючи зовнішні шуми і не допускаючи витоків звуку зовні. Закрита камера без особливих проблем дозволяє налаштувати відтворення хоч на підвищену віддачу басів, хоч на рівномірний баланс відтворення. Недарма більшість моніторних навушників для професіоналів мають закриту конструкцію. З іншого боку у деяких закритих моделей все ж можна помітити легке корпусне забарвлення або слабке відлуння від герметичної камери. При тривалому прослуховуванні в закритих навушниках можуть перегріватися (потіти) вуха.

Напіввідкриті навушники ‒ проміжна конструкція, за звукоізоляцією і характером відтворення вони беруть більше від відкритого або закритого типу залежно від ступеня звукопроникності чашок.

Що це таке?

Якщо звернутися до визначення навушників, то неважко виявити, що зазвичай їх асоціюють з «головними телефонами». Саме таке тлумачення подібного терміну в більшості словників і енциклопедій. Але на практиці навушники виглядають дуже різноманітно, і часом складно навіть здогадатися, яка функція цього предмета. У загальному випадку можна зазначити, що ці пристрої здатні переводити у звукову форму сигнал, який поширюють різні радіоелектронні апарати.

Специфіка вирішуваної задачі прямо впливає на геометричну форму конструкції та на її практичні параметри.

Додаткові функції навушників

Гарнітурні навушники мають вбудований мікрофон. Мікрофон може бути інтегрований в кабель, підтримуючи функцію Hands Free, бажану для тих, хто використовує навушники разом зі смартфоном. Або мікрофон може виноситися на обертовій штанзі ‒ комп'ютерна гарнітура, яку можна використовувати для роботи або у відеоіграх.

Мікрофон інтегрується в навушники для розмов: по телефону, «скайпу», у відеоіграх тощо.

Пульт ДУ ‒ деякі навушники мають на шнурі пульт, з ним користувачеві не треба щоразу лізти в кишеню з музичним плеєром або телефоном, щоб регулювати гучність або перемикати треки.

Навушники з активним шумоподавленням використовують спеціальну електричну схему. Крихітний датчик вловлює зовнішній шум і подає його на схему-аналізатор, яка генерує електричний сигнал, рівний, але знаходиться в протифазі зі стороннім шумом. Після цього додатковий сигнал підмішується в звук навушників, нівелюючи зовнішню перешкоду.

Бездротові навушники дуже затребувані, тому що здатні працювати без набридливих кабелів, які вічно переплутуються, і будуть корисні як на вулиці, так і вдома. Бездротові навушники можуть використовувати різні інтерфейси: Bluetooth, інфрачервоні частоти, радіочастоти і Wi-Fi. Всі перелічені бездротові інтерфейси мають різні параметри зв'язку і тонкощі, що впливають на прийом сигналу і продуктивність. Серед портативної аудіотехніки лідером за поширеністю є інтерфейс Bluetooth, що передбачає певне стиснення звуку. Таким чином, якість відтворення бездротових навушників буде дещо гірше, ніж у дротових моделей того ж класу. Однак щоб розпізнати відмінності, потрібно мати досить хороший слух. Тому багатьох користувачів звук бездротових навушників більш ніж влаштовує, особливо, якщо навушники використовуються на галасливій вулиці або будинку для перегляду телевізійних програм або фільмів.

Навушники з активним шумоподавленням і бездротові моделі використовують електроніку, що вимагає елементів живлення ‒ акумуляторів або змінних батарейок, за зарядом яких необхідно стежити.

Основні технічні характеристики навушників

На які технічні параметри навушників варто звернути увагу? Чутливість ‒ відношення рівня гучності навушників до рівня поданого на них сигналу від підсилювача, вимірюване в дБ/В або дБ/мВт. В принципі, чим вища чутливість навушників, тим менша потужність буде потрібна від підсилювача, щоб отримати в навушниках хорошу гучність звуку. Відповідно, навушники з низькою чутливістю вимагають від підсилювача більшої потужності і можуть не підійти для портативних музичних програвачів.

Приклад нелінійної поведінки імпедансу багатодрайверних арматурних навушників

Імпеданс навушників ‒ повний опір, що враховує резистивну і реактивну (ємнісну та індуктивну) складові. На ринку спостерігається дуже великий розкид значень опорів навушників від одиниць до тисячі Ом. Імпеданс ‒ хитрий параметр і цифра, наведена в специфікаціях навушників, може відноситися до певної частоти, в той час як реальний імпеданс може бути змінним. Відповідно до закону Ома при однаковій напрузі навушники будуть споживати струм залежно від опору. Тому високоомним навушникам потрібен підсилювач, здатний давати високу вихідну напругу, а низьковольтові підсилювачі портативних пристроїв таким навушникам підходять гірше. Низькоомні ж навушники в більшості своїй будуть добре працювати і з портативними підсилювачами. Інше питання, що імпеданс ‒ не єдиний параметр, що впливає на вибір підсилювача для навушників, треба брати до уваги ще й чутливість. Тому в групі динамічних навушників із середньою чутливістю низькоомними (підходящими для «портативки») вважаються навушники з імпедансом до 32 Ом, і одночасно окремі арматурні моделі будуть звучати з хорошим запасом гучності, маючи опір 100 Ом.

Якщо аудіосистему представити у вигляді електричної схеми, вихідний опір підсилювача буде створювати так званий ділник напруги, що знижує віддачу потужності на навантаженні (навушниках). Тому бажано, щоб імпеданс навушників був багато вище, ніж вихідний опір підсилювача.

Типова АЧХ навушників, яка суб'єктивно буде сприймається як близька до рівномірної

Частотний діапазон говорить про відтворюваний навушниками спектр і, в принципі, чим він ширший, тим краще. Однак насправді визначення частотного діапазону в навушниках виявляється занадто розпливчастим. По-перше, у світі поки ще немає стандартів вимірювання амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) навушників, всі використовують різні стенди, отримуючи різні результати. По-друге, в специфікаціях часто вказуються частоти в десятки кГц, але чутний людським вухом діапазон протирається тільки до 20 кГц, і це в кращому випадку, ‒ з віком чутливість слуху до верхніх частот неухильно падає. Хоча дуже широка (рівномірна) робоча смуга може досить прихильно сприйматися підсилювачем. По-третє, виробники зазвичай не вказують ні допусків, ні нерівномірностей, вимірювань частотної смуги навушників. І їх можна зрозуміти. Це традиційні колонки, що створюють звукове поле навколо слухача, проектують так, щоб отримати якомога більш рівну АЧХ в якомога більш протяжній частотній смузі. Як показала практика, з навушниками доводиться враховувати дифракцію та інтерференцію звуку у вушній раковині та/або слуховому каналі, а також природні варіації чутливості людського слуху на різних частотах. Наприклад, у низці лабораторій при апаратному тестуванні навушників застосовуються поправки у вигляді передавальних функцій HRTF (Head Related Transfer Function). Але треба розуміти, що всі ці хитрощі носять наближений характер, тому що HRTF у кожної людини своя. Тому орієнтуватися у вимірах на загальні підходи можна лише з оглядкою. І останнє, на частотний діапазон і АЧХ зібраної аудіосистеми може істотно впливати узгодження опорів навушників і підсилювача.

Декілька порад щодо вибору навушників

Насамперед потрібно визначитися, для чого потрібні навушники і в яких умовах вони будуть використовуватися.

Наприклад, навушники для дому, щоб уважно прослуховувати улюблену музику, краще вибирати з прицілом на якість відтворення і максимальну комфортність, серйозно розглядаючи придбання спеціалізованого підсилювача. Якщо дозволяє бюджет для такої настільної стереосистеми можна доглянути навушники High-End класу, а вже вибір типу залежить від уподобань меломана: відкриті, закриті, повнорозмірні, електростатичні, ізодинамічні, кращі динамічні або внутрішньоканальні арматурні моделі. Якщо ж вдома навушники потрібні для вечірнього перегляду телевізора або кіно, не турбуючи рідних, можна придивитися до закритих бездротових моделей.

На роботу в офіс, щоб не заважати колегам, краще взяти навушники з мінімальним витоком звуку: закриті навушники, бездротові або внутрішньоканальні. А ось для роботи, професійно пов'язаної зі звуком, потрібні особливі навушники: музикантам і звукоінженерам ‒ закриті моделі моніторних серій, що відрізняються високою нейтральністю і звуковою роздільною здатністю, ді-джеям ‒ спеціалізовані закриті моделі з характерним тональним балансом, що підкреслює баси, і особливою конструкцією, що дозволяє розгортати одну з чашок від вуха і стежити за реакцією залу.

Навушники для поїздок і громадського транспорту краще підбирати з таких міркувань: вони повинні мати хорошу звукоізоляцію (закриті моделі, внутрішньоканальні) або, ще краще, мати функцію активного шумоподавлення. Накладні навушники і вкладиші не забезпечують хорошої ізоляції від зовнішніх шумів, проте на вулиці повна звукоізоляція не завжди доречна, людині корисно чути, що відбувається навколо. Навушники для поїздок повинні бути сумісні з портативним пристроєм власника. До речі, не всі портативні програвачі оснащені малопотужними підсилювачами, є кишенькові пристрої, які забезпечують серйозне посилення по напруженню і струму і здатні «розгойдати» навіть високоомні навушники. У поїздках велике значення грає компактність і мала вага навушників, цим критеріям відповідають накладні моделі, вкладиші і ті ж внутрішньоканальні навушники. Деякі навушники з оголів'ям вміють складатися, займаючи менше місця при перевезенні. У дорозі відмінно себе проявляють бездротові навушники з Bluetooth. Також варто придивитися до навушників з пультом ДУ на кабелі, а до смартфона добре підходять навушники з вбудованим мікрофоном, що підтримують функцію Hands Free.

Навушникам для активного відпочинку повинні міцно триматися на голові: спортивні накладні моделі оснащуються спеціальними фіксаторами, «заушинами» тощо. При цьому вуличні моделі повинні мати захист від вологи і пилу. За визначенням для спорту добре підходять внутрішньоканальні моделі. За статистикою, в цій категорії перевага все більше віддається бездротовим моделям.

Навушникам для активного відпочинку повинні міцно триматися на голові: спортивні накладні моделі оснащуються спеціальними фіксаторами, «заушинами» тощо. При цьому вуличні моделі повинні мати захист від вологи і пилу. За визначенням для спорту добре підходять внутрішньоканальні моделі. За статистикою, в цій категорії перевага все більше віддається бездротовим моделям.

Цю статтю прочитали 15 085 разів

Стаття входить до розділів:Як вибрати. Гід покупця

Для чого потрібні?

Подібні пристрої дозволяють прослуховувати музику, радіопередачу або іншу трансляцію (запис) без незручностей для оточуючих людей. Вірно служать навушники і тим, хто їздить на далекі відстані. Подорож пасажиром у поїзді та автобусі далекого прямування, на особистому автомобілі дуже втомлююча і одноманітна. Можливість розслабитися і зайняти час, не заважаючи нікому, також дуже цінна.

Ще використовують навушники:

• при очікуванні в різних громадських і державних установах;
• при спортивних тренуваннях на вулиці і в приміщенні;
• для розмови по телефону в режимі гарнітури;
• для контролю якості аудіозапису в процесі його отримання;
• для відеотрансляцій;
• у низці професійних сфер (диспетчери, співробітники call-центрів, гарячих ліній, секретарі, перекладачі, журналісти).

Пристрій і принцип роботи

Будова навушників відрізняється мало навіть у дротових і бездротових моделей. Це пов'язано з тим, що «всередині» їх основний принцип роботи завжди однаковий. Важливою частиною дротових навушників є їх динамік, основна складова якого - корпус. У задній частині корпусу динаміка розташовується постійний магніт. Величина магніту незначна, але без нього нормальна робота пристрою неможлива.

Середню частину динаміка займає диск, який зазвичай зроблено з пластмаси. Дископодібний елемент приєднується до котушки з металу. Фронтальний блок, який безпосередньо поширює звук, містить отвори для його вільного проходу. Динаміки в дротових навушниках зв'язуються спеціальним проводом. Коли електричний струм приходить у динамік, котушка отримує заряд і змінює свою полярність.

У цій ситуації котушка і магніт починають взаємодіяти. Їх рух деформує пластиковий диск. Саме від цієї деталі, вірніше, від особливостей її короткочасної деформації, залежить роздається звук. Технологія відпрацьована цілком добре, і навіть найдешевші навушники можуть відмінно передати різні акустичні сигнали. Так, меломани зі стажем можуть бути проти, проте звук у всякому разі виявляється пізнаваним.

Трохи інакше влаштовані бездротові навушники.

Вважається, що вони не можуть видати найбільш якісний звук. Тому в студійних цілях використовують тільки дротові апарати. У більшості випадків передача сигналу проводиться за протоколом Bluetooth, але також застосовують:

• інфрачервоний діапазон;
• Wi-Fi;
• звичайний радіодіялон.

Як влаштовані звичайні динамічні навушники?

У кожного є такі. Вперше вони з'явилися в 1937 році - це була модель Beyerdynamic DT-48, яка, до речі, в сучасній ревізії випускається і донині. У такій конструкції звук випромінює невеликий динамік, що складається з рухомої магнітної котушки, магніту і мембрани (дифузора). Магнітне поле рухає мембрану динаміка, яка коливає повітря і поширює звукові хвилі в повітрі. Основні переваги такої конструкції:

• їх легко виробляти;
• можна зробити дуже недорогі моделі завдяки нескладному техпроцесу і доступним матеріалам;
• якщо ж постаратися і зробити якісний драйвер, то він буде дуже добре звучати, хоча ціна в цьому випадку зростає в десятки разів.

Beyerdynamic DT-48 1937 року випуску

Проблема в тому, що такій конструкції вже сто років в обід, тому вона не позбавлена недоліків. Щоб їх зрозуміти, потрібно розібратися, яким чином динамік випромінює одночасно низький і високий звук. Дехто може подумати, що мембрана рухається вперед і випромінює високу ноту, потім повертається назад і випромінює низьку, але це не так. В реальності дифузор при русі, наприклад, вперед, попутно виконує тисячі мікроколивань вперед-назад, випромінюючи мікросекунди високої ноти і мікросекунди низької.

Все це відбувається настільки швидко, що здається слухачеві одночасним. Зрозуміло, при таких швидких коливаннях має величезне значення якість матеріалів. Основна вимога пред'являється до дифузора - для ідеального результату він повинен бути одночасно нескінченно легким (щоб швидко рухався) і нескінченно міцним (щоб не деформувався при русі, інакше будуть спотворення).

Зрозуміло, створити ідеальний матеріал для таких цілей неможливо, тому інженери завжди йдуть на компроміс, пробуючи різні варіанти - від бітумного паперу до кевлара. Тим не менш, спотворення від дифузора все ще найсуттєвіші у звуковому ланцюгу. Для порівняння, якщо спотворення підсилювача або аудіокарти вимірюються десятими і сотими відсотків, то спотворення дифузора - десятками відсотків. Залишає бажати кращого і амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) динаміка, з горбами в одній частині спектру і провалами в іншій. Виробникам доводиться вибирати - якісь навушники краще відіграють бас, якісь - середину і т. п. Але інженери не сидять на місці і придумали більш досконалі типи звукових випромінювачів, які можна зустріти в сучасних навушниках.

Найкращі виробники

Багато людей віддають перевагу навушникам Beats. Особливо цінують їхні любителі низькочастотного звуку. Варто враховувати, що фірма просуває свій товар завдяки маркетингу і залученню знаменитостей зі світу музики. Інженерних розробок вона не веде і окремої виробничої бази не має. Тому чи довіряти таким виробам - вирішувати тільки самим споживачам.

Яскравий приклад якісної продукції - акустика Shure. Правда, ця марка в основному асоціюється з мікрофонами. Але всі навушники її виробництва відрізняються відмінною якістю. Найчастіше вони займають середній і високий ціновий діапазон. Звук у динаміках Shure завжди виділяється рівним «натуральним» тембром, що характерно навіть для відносно бюджетних версій.

Втім, якщо вирішено придбати саме бюджетну модель, то варто придивитися до виробів Panasonic. Всі вони виходять під брендом Technics. Подібні пристрої не можуть похвалитися особливим фірмовим звучанням. Зате вони точно видають рясні баси. Техніку від японського гіганта рекомендують поціновувачам ритмічної музики сучасних жанрів.

Не менш хорошу репутацію встигли завоювати в Xiaomi. Їх навушники можуть стабільно видавати звук довгий час. При цьому вони, як і раніше, залишаються в суто бюджетній ніші. Завищувати ціни фірма не поспішає, хоча впроваджує окремі інновації.

Можна купити як внутрішньоканальні, так і об'ємні, як дротові, так і Bluetooth моделі.

Любителям справді елітарної продукції варто звернути увагу на навушники Sennheiser. Німецька компанія традиційно працює «за вищим розрядом». Навіть її бюджетні моделі вигідно відрізняються від продукції конкурентів у тому ж ціновому діапазоні. Вони незмінно містять останні технологічні розробки. Адже Sennheiser приваблює багато інженерів світового класу, і це дозволяє постійно йти вперед.

Більшість експертів і знавців, однак, вважає, що набагато краще вибирати для масового споживача вироби фірми Sony. Ця компанія незмінно піклується про впровадження технологічних новинок. Зрозуміло, при цьому вона постійно стежить за якістю і довговічністю кожної розробки. Традиційний для Sony звук орієнтований на високі частоти. Втім, це типова риса будь-яких яп