Народ, всем привет. Кто из нас не использует наушники, проводные, беспроводные, капельки, лопухи, и гарнитуры, для музыки, фильмов, игр, просто общения. И при этом редко задумываемся, что именно происходит внутри небольших чашек или затычек. Однако устройство наушников куда интереснее, чем кажется на первый взгляд и за простотой скрывается сложная инженерия, соединяющая акустику, электронику и даже алгоритмы обработки сигналов.
Чтобы понять, как работает этот гаджет, нужно разобраться в том, как звук превращается в электрический сигнал и обратно, какие типы драйверов существуют и как реализуется активное шумоподавление.
В основе любого наушника лежит преобразование электрического сигнала в механические колебания воздуха, которые мы воспринимаем как звук. Этот процесс реализуется с помощью драйвера, так сказать, основной рабочей части устройства. Драйвер представляет собой миниатюрный динамик, состоящий из нескольких элементов: мембраны, катушки, магнита и корпуса. Электрический ток, поступающий от источника (например, смартфона или компьютера), проходит через катушку, создаёт магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом. В результате мембрана начинает колебаться, сжимая и разжимая воздух. Эти колебания и образуют звуковые волны, доходящие до нашего уха.
Что за драйвера такие
Существует несколько типов драйверов, которые отличаются принципом работы и звуковыми характеристиками. Самый распространённый это динамический драйвер. Он относительно прост в производстве, обеспечивает хороший бас и может выдавать высокую громкость. Именно поэтому динамические драйверы встречаются в подавляющем большинстве наушников, от бюджетных моделей до премиальных. Однако у них есть ограничение и при попытке воспроизвести одновременно очень низкие и очень высокие частоты качество может снижаться.
Другой вариант это арматурные драйверы, которые изначально использовались в слуховых аппаратах. Они работают по схожему принципу, но вместо катушки с мембраной используют крошечный якорь, колеблющий мембрану внутри герметичного корпуса. Арматурные драйверы отличаются высокой детализацией и точностью, особенно в средних и высоких частотах, но хуже справляются с басом. Поэтому производители часто комбинируют несколько драйверов в одном наушнике, динамический для низких частот и арматурный для остального диапазона.
Если Вам нравятся наши статьи, и вы хотите отблагодарить автора (на развитие канала), нам будет очень приятно!
Но это еще не все, существуют также планарно-магнитные драйверы, которые можно встретить в дорогих моделях. В них мембрана с токопроводящими дорожками находится между двумя магнитами. Когда по дорожкам идёт ток, мембрана колеблется, создавая звук. Преимущество такого подхода в крайне низких искажениях и точной передаче звука. Минус это большой размер и высокая стоимость.
Есть и более экзотические варианты, например, электростатические драйверы, требующие отдельного усилителя, но такие решения остаются нишевыми.
Шумоподавление
У нас была отдельная статья про технологию шумоподавления, которая делает использование наушников более комфортным в шумных условиях, скажем, в самолётах, метро или офисах. Но все же вкратце напомню, что существует два подхода: пассивное и активное.
Пассивное шумоподавление — это простая физическая изоляция уха от внешних звуков при помощи амбушюр или плотной посадки затычек. Такой способ работает в основном на высоких частотах, но плохо защищает от низкочастотного гула, например, от шума двигателей.
Активное шумоподавление основано на более изящном принципе. В наушники встроены микрофоны, которые улавливают внешние звуки. Затем электроника генерирует «обратную» звуковую волну, такую же по амплитуде, но противоположную по фазе. При наложении эти волны гасят друг друга, и до уха пользователя доходит значительно меньше шума. В реальности процесс сложнее, ведь система должна в реальном времени анализировать окружающий звук и быстро формировать корректирующий сигнал. Именно поэтому в дорогих наушниках ANC работает лучше, т.к. они используют более мощные процессоры и более чувствительные микрофоны.
Интересно, что современные наушники не ограничиваются только подавлением шума. Многие модели поддерживают так называемый режим прозрачности, когда внешние микрофоны наоборот усиливают окружающие звуки и транслируют их внутрь. Это полезно, например, при ходьбе по улице или в офисе, чтобы не пропустить важные сигналы или разговор.
Передай мне звук
Кроме драйверов и шумоподавления, в современных наушниках всё большее значение имеют цифровые технологии. В беспроводных моделях звук сначала оцифровывается, передаётся по Bluetooth и только потом преобразуется обратно в аналоговый. Качество передачи тут зависит от кодеков, таких специальных алгоритмов сжатия аудио. Самые простые, вроде SBC, обеспечивают среднее качество, а более современные, такие как aptX, AAC или LDAC, позволяют слушать музыку почти без потерь.
Стоит отметить, что инженеры уделяют внимание не только технической стороне, но и физиологии слуха. Конструкция амбушюр, угол наклона драйверов, даже материалы корпуса, всё это влияет на восприятие. Хорошие наушники проектируются с учётом анатомии уха, чтобы обеспечить естественное звучание и минимизировать усталость при длительном прослушивании.