Как работают наушники: принцип преобразования тока в звук
Наушники работают по тому же принципу, что и акустические колонки, но в миниатюрном формате: электрический сигнал от плеера или телефона проходит через катушку, которая находится в поле постоянного магнита, катушка вибрирует и тянет за собой мембрану, а та создаёт звуковые волны в небольшом замкнутом объёме прямо у барабанной перепонки. Именно близость к уху позволяет добиться хорошего звука при минимальной мощности: достаточно нескольких милливатт.
Основные типы преобразователей в наушниках
Динамический преобразователь встречается в большинстве наушников. Он устроен как классический динамик: лёгкая мембрана из полимерной плёнки соединена с катушкой, которая движется в зазоре неодимового магнита. Диаметр мембраны в вкладышах обычно 8–13 мм, в накладных наушниках составляет 30–50 мм. Динамические наушники хорошо передают бас и легко раскачиваются от стандартных выходов смартфонов.
Арматурный преобразователь это крошечный механизм, где металлический якорь удерживается в центре катушки. Ток отклоняет якорь, тот тянет мембрану через тонкий штифт. Арматурные преобразователи размером 3–5 мм применяются в слуховых аппаратах и внутриканальных мониторных наушниках: они очень эффективны и точны в средних и высоких частотах, но нуждаются в нескольких драйверах для полного диапазона.
Планарно-магнитный преобразователь использует тонкую плёнку с напечатанными проводниками, расположенную между рядами постоянных магнитов. Ток в проводниках взаимодействует с магнитным полем и двигает всю плёнку равномерно, без катушки и точки приложения усилия. Такие наушники ценят за низкие искажения и детальность, но они тяжелее и требуют мощного усилителя.
Как наушники-вкладыши отличаются от накладных
Конструктивно наушники делятся на три формата. Вкладыши располагают крошечный драйвер в пластиковом корпусе, который входит в ушной канал на 5–15 мм, создавая пассивную шумоизоляцию до 25 дБ за счёт силиконового или пенного амбушюра. Небольшой объём между мембраной и барабанной перепонкой усиливает среднечастотные звуки.
Накладные наушники охватывают ушную раковину снаружи. Открытое исполнение позволяет воздуху свободно проходить через сетчатую заднюю панель, и звук получается «воздушным» и широким, но окружающие слышат музыку слушателя. Закрытые модели изолируют звук корпусом, создавая давление воздуха и более выраженный бас.
Полноразмерные наушники охватывают всё ухо целиком. Большой объём воздушной камеры позволяет использовать 50-миллиметровые драйверы, которые легче воспроизводят низкие частоты без перегрузки. Это объясняет, почему студийные мониторные наушники почти всегда полноразмерные.
Активное шумоподавление: как оно работает
В наушниках с активным шумоподавлением установлены внешние микрофоны, которые непрерывно записывают окружающий шум. Встроенный процессор анализирует этот сигнал и генерирует «антизвук» — волну с противоположной фазой. Когда исходный шум и антизвук складываются, они гасят друг друга: в результате слушатель воспринимает тишину или значительно приглушённый фон.
Эффективность подавления достигает 20–35 дБ в диапазоне низких частот 50–500 Гц — именно там работают звуки двигателей самолёта, метро и кондиционеров. Высокочастотные звуки речи подавляются хуже: их антифазная компенсация требует очень малых задержек обработки, а задержка процессора добавляет погрешности. Поэтому для отключения голосов используют пассивную изоляцию корпуса, а не электронику.
Беспроводные наушники: что меняется
В беспроводных наушниках сам звуковой преобразователь остаётся тем же динамическим или арматурным элементом. Изменяется способ доставки сигнала: Bluetooth-чип принимает цифровой поток, декодер распаковывает аудио из кодека (SBC, AAC или aptX), цифро-аналоговый преобразователь создаёт аналоговый сигнал, встроенный усилитель его усиливает и подаёт на катушку. Аккумулятор ёмкостью 30–600 мАч обеспечивает работу от 6 до 30 часов в зависимости от модели. Основная потеря качества по сравнению с проводным подключением связана с компрессией данных при кодировании Bluetooth, а не с конструкцией самого излучателя.
