Способ передачи звука динамики

Самые необычные системы передачи звука в наушниках

Динамические наушники, которые используют динамики в качестве звукоизлучателей — самые популярные на сегодняшний день. Но что мы знаем о других системах передачи звука? Разбираемся, какими они бывают и чем различаются.

Электростатические системы мало известны широкому обывателю за счет их высокой стоимости и требованиям к конструкции, хотя звук передается в них точнее. Излучатель в электростатических наушниках представляет собой тонкую мембрану, которая намного меньше толщины человеческого волоса, благодаря чему колебания происходят очень быстро.

Электростатические наушники Stax SR-009BK

Мембрана проводит ток и находится между двух металлических пластин-электродов, которые создают магнитное поле. Из-за этого излучатель имеет значительно меньшую инерционность и может воспроизводить сложные аудиосигналы без искажения. Проще говоря, звук в таких наушниках более ровный. Но им нужен специальный усилитель, который создает нужное напряжение.

В магнепланарных наушниках все происходит наоборот: ток поступает на мембрану, которая расположена между магнитами в магнитном поле. Такие наушники имеют почти те же преимущества, что и электростаты, только цена у них меньше — их проще изготавливать.

Магнепланарные наушники Audeze Mobius Carbon

Правда, верхние частоты в них звучат чуть хуже, а довольно крупные магниты влияют на их конструкцию — зачастую она очень громоздкая и тяжелая.

Костная проводимость звука

Есть два способа проводимости звука — воздушная и костная. При костной проводимости, чтобы услышать звук, достаточно приложить источник к тем местам, где находятся кости черепа. Кстати, так делал, например, Бетховен — он мог воспринимать музыку, прикладывая к костям черепа медные предметы.

Наушники с поддержкой костной проводимости тоже прикладываются к вискам, не закрывая ушные раковины — вы можете заодно слышать все, что происходит вокруг. В их основе лежит пьезоизлучатель: вибрации поступают на пластины, а от них сигнал уже передается костям черепа.

Наушники с костной проводимостью AfterShokz Aeropex

Это одни из самых безопасных наушников (о том, чем могут быть опасны наушники в городской среде, мы писали здесь) и среди них даже есть специальные водонепроницаемые модели для пловцов. Кстати, наушники с костной проводимостью из-за своей легкой конструкции не давят на виски и от них не устают уши — для кого-то это очень существенный плюс.

Источник

Что на самом деле происходит в наушниках. Срываем покровы

Нас окружают сотни потрясающих и уникальных явлений, мы каждый день сталкиваемся с ними, но даже не задумываемся, как они работают. Одно из таких явлений – звук.

Для нас с вами звук – это воспринимаемые слухом колебания воздуха.

Звуки состоят из смеси вибраций, разной силы и частоты. Вибрировать могут голосовые связки человека, струны в музыкальном инструменте, любые окружающие предметы далее вибрация распространяется в воздухе и передается на барабанную перепонку в ухе, а наш мозг воспринимает эти колебания как звуки.

Но как все устроено с цифровым звуком?

Как звук становится цифровым

Звук имеет аналоговую природу, он распространяется в воздушном пространстве. Колебания воздуха преобразовываются в электрические колебания посредством микрофона, а затем специальный преобразователь фиксирует их и кодирует на цифровом языке.

Именно в процессе кодирования задается дальнейшее качество цифровой копии воспроизводимого звука. Чем меньше шаг выборки при оцифровке звука, тем больше информации о звуке переведется в цифровой формат.

Как хранится цифровая музыка

Сейчас подавляющее большинство музыки хранится в цифровом виде, ведь так проще, удобней и надежней. Один раз закодированный по определенному алгоритму файл не потеряет свои свойства и не утратит качество.

Изначально закодированное качество звука нельзя существенно улучшить при помощи программ, колонок или наушников.

Цифровой звук можно бесконечно копировать, при этом его свойства не теряются, а качество остается неизменным.

Как воспроизводится цифровой звук

Для передачи на наушники или колонки необходимо произвести обратный процесс конвертации.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) в том или ином виде присутствует на всех смартфонах, плеерах и компьютерах. Он нужен для того, чтобы перевести цифровую музыку в аналоговый формат.

Последовательность нулей и единиц, понятных для компьютеров и смартфонов, превращается в набор электических сигналов, заставляющих динамики издавать звук.

Чем мощнее ЦАП, тем более качественный звук получается на выходе. Большинство современной электроники редко оснащают серьезными преобразователями. Появление ЦАП от именитого бренда в смартфоне – всегда большое событие.

Настоящие аудиофилы предпочитают специализированные недешевые музыкальные плееры, например, модель Astell&Kern KANN. Это устройство оснащено просто царским ЦАПом высокого качества, как в серьезной Hi-Fi аппаратуре

По сути это Hi-Fi плеер и мощный усилитель в одном устройстве, которое может воспроизводить цифровую музыку с кодированием до 32 бит / 384 кГц. KANN выдает до 7В на балансном выходе, это не только легко «раскачает» высокоомные наушники, но и позволит подключить низкоомные громкоговорители.

Также KANN оснащен четырёхконтактным 2,5 мм балансным выходом. Такое решение позволяет подавлять практически все шумы и получить большую амплитуду за счет удвоения передаваемого сигнала.

Что происходит потом

Далее все просто: электрический ток из преобразователя проходит через усилитель и подается на контакты динамика. Далее ток попадает на катушку, которая толкает мембрану. Смена направлений подаваемого тока зависит от частоты звуковых колебаний музыки (или других воспроизводимых звуков).

ФАКТ: во время воспроизведения музыкальной композиции чередование направления тока может происходить более двадцати пяти тысяч раз в секунду.

Громкость звука прямо пропорциональна силе подаваемого на катушку тока. При этом чем выше напряжение, тем выше сила тока в катушке. От этого прослушивание музыки на большой громкости быстрее разряжает батарею мобильного устройства.

Что внутри динамика

Все мы знаем, что два магнита на определенном расстоянии друга от друга начинают взаимодействовать между собой: притягиваться или отталкиваться. Это же явление используется в любом аудио-динамике.

Внутри динамика находится постоянный магнит, выполненный в форме круга. В отверстие посредине и помещают катушку из медной проволоки, которую соединяют с мембраной (легким и жестким конусом). На проводник с переменным током в магнитном поле действует переменная сила, которая и двигает катушку и закрепленный на ней диффузор.

Движение мембраны создает сжатие и разрежение воздуха, что способствует появлению звука.

ФАКТ: принцип работы динамика срабатывает и в обратную сторону. Если создавать колебания катушки наушника, то поле постоянного магнита будет создавать внутри неё меняющий направление ток. Если подключить наушник у аудио-входу компьютера, получится микрофон.

В компьютерах, смартфонах, гарнитурах и наушниках для экономии места чаще всего используют один широкополосный динамик, который отвечает за воспроизведение всего звукового диапазона.

Никакой принципиальной разницы между динамиком в колонке или наушнике нет. Отличия между ними в размере и звукоизоляции.

А как в bluetooth-наушниках

В цепи между цифроаналоговым преобразователем звука и динамиком появляется еще одно звено. Хоть наличие bluetooth и не влияет на принцип работы динамика, очень часто при передаче музыки без проводов качество становится хуже.

Чтобы обойти это досадное ограничение, можно использовать компактный усилитель для наушников + ЦАП от Astell&Kern. Он позволяющий сделать проводные наушники беспроводными.

Любой аудиофил подтвердит, что проводные наушники или колонки звучат чище и детальнее, музыка, воспроизводимая через них, более насыщенная. Это происходит из-за того, что звук повторно подвергается сжатию для передачи по bluetooth.

В каждую секунду времени получается уместить лишь ограниченное количество информации о звуке, в результате чего, теряются некоторые детали.

ФАКТ: потеря пакетов и минимальное время на раскодировку ухудшают звук в большинстве bluetooth-гарнитур.

Ранее для повышения качества звука, передаваемого по Bluetooth, использовали кодек aptx. Его дальнейшим развитием стал формат aptx HD. Он поддерживает передачу звука высокого разрешения и на сегодняшний день является единственным способом получить хорошее звучание при использовании беспроводных наушников. Конечно для этого и плеер и наушники должны поддерживать aptx HD.

Кто помог нам с этим разобраться

Далеко не все современные флагманы поддерживают этот крутой кодек. Ставку на звук делают лишь некоторые производители в единичных моделях.

На рынке плееров технология aptX HD встречается чаще, пионером в этом направлении стала компания Astell&Kern. Поддержка aptX HD уже есть в моделях AK380, AK320, AK300 и AK70. Выделяется наличием новомодной опции и свежий Astell&Kern KANN, о котором мы уже упоминали и, конечно же, новый флагман A&Ultima SP1000.

Среди устройств, способных принимать по блютус сигнал, закодированный в aptx HD, в ассортименте Astell&Kern есть ЦАП-усилитель XB10, позволяющий сделать любые наушники беспроводными.

Вот такое небольшое чудо происходит даже в самых миниатюрных наушниках, а мы слышим голос собеседника или любимый трек.

Источник

Способ передачи звука динамики

Динамик ПК (англ. PC speaker; Beeper ) — простейшее устройство воспроизведения звука, применявшееся в IBM PC и совместимых ПК. До появления недорогих звуковых плат динамик являлся основным устройством воспроизведения звука.

Из-за низкого качества и примитивности звука, воспроизводимого устройством, оно получило ряд кличек — PC squeaker и PC beeper в английском языке; «скрипер», «хрипер», «хрюкер» и т. п. в русском.

В настоящее время PC speaker остаётся штатным устройством IBM PC-совместимых компьютеров, и в основном используется для подачи сигналов об ошибках, в частности при проведении POST. Некоторые программы (Skype) всегда дублируют вызывной сигнал на динамик, но не выводят через него звук разговора — это бывает удобно, когда к звуковой плате подключены наушники (по умолчанию не надетые).

Акусти́ческая систе́ма — устройство для воспроизведения звука, состоит из акустического оформления и вмонтированных в него излучающих головок (обычно динамических).

Количество полос

Акустическая система бывает широкополосной (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создаёт излучение в своей частотной полосе).

Однополосная система не получила широкого распространения ввиду трудностей создания излучателя, одинаково хорошо воспроизводящего сигналы разных частот. Высокие интермодуляционные искажения при значительном ходе одного излучателя вызваны эффектом Доплера.

В многополосных системах спектр слышимых человеком звуковых частот разбивается на несколько перекрываемых между собой диапазонов посредством фильтров (комбинации резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, или с помощью цифрового кроссовера). Каждый диапазон подаётся на свою динамическую головку, которая имеет наилучшие характеристики в этом диапазоне. Таким образом достигается наиболее высококачественное воспроизведение слышимых человеком звуковых частот (20—20 000 Гц).

• 2-полосная схема ( НЧ / СЧ + ВЧ динамик)
• 3-полосная схема (НЧ + СЧ + ВЧ динамик)
• 2,5-полосная схема (СЧ/НЧ-динамик озвучивает как низкочастотную, так и среднечастотную области; НЧ динамик лишь «помогает» первому на самых нижних регистрах, но не замещает его в этом диапазоне. Зачастую, в экономических целях, производителями применяются оба динамика одного типа, регулируя разделительную полосу фильтрами)
• 4-полосная схема

Акустическое оформление

• открытый ящик (акустический щит/экран); также «активный корпус» [1] )
• закрытый ящик (также с вариантами дополнительной акустической нагрузки [2] )
  • Push-pull
  • Isobarik (tunnel, clamshell, planar) [3]
• система с фазоинвертором
  • оформление Jensen-Onken [4]
• система с ПАС («вариовент»)
• система с лабиринтом
• рупор
  • TQWP (англ.tapered quarter-wave pipe — «расширяющаяся четвертьволновая труба»; или же Труба Войта (по имени изобретателя Paul Voight) [5] )

Активные и пассивные системы

Акустические системы подразделяются на пассивные (состоят только из излучателя и кроссовера) и активные (содержат также усилитель мощности).

Усилитель встраивают внутрь акустической системы по трем причинам:

• облегчается согласование усилителя и излучателей по мощности и другим параметрам, вопросами согласования занимается производитель акустической системы, а не конечный потребитель
• уменьшается стоимость системы, так как нет необходимости в отдельном корпусе для усилителя и мощность усилителя (определяющая его стоимость) не завышена
• нет необходимости в кабеле большого сечения (в случае, если усилитель находится в каждой акустической системе)

однако, есть и недостатки:

• затрудняется обслуживание усилителя, так как акустическая система может быть установлена в труднодоступном месте (например, быть подвешена на некоторой высоте)
• в случае мощных акустических систем усилитель обычно устанавливается в каждую систему, что требует в сравнении с пассивной стереосистемой двух блоков питания вместо одного, что увеличивает стоимость
• в случае большого расстояния между акустической системой и источником звука требуется принимать специальные меры по защите сигнала (поднимать его уровень и использовать балансное подключение)

Таким образом, активные акустические системы обычно используются для персональных компьютеров, озвучивания небольших концертных площадок, дискотек, в студийных мониторах. Пассивные чаще встречаются в домашних акустических системах, а также при озвучивании больших площадок.

Подключение

Для подключения пассивной акустической системы к усилителю обычно используют следующие типы соединений:

• Клеммы или зажимные колодки — в основном домашние акустические системы и системы небольшой мощности
• Разъемы типа Speakon — профессиональные системы большой мощности

активные акустические системы обычно подключаются к источнику звука с помощью:

• Разъемов типа Jack 3,5 мм, RCA — компьютерные акустические системы
• Разъемов типа Jack 6,3 мм, XLR — профессиональные акустические системы

В современных домашних кинотеатрах используются также беспроводное соединение [7] с использованием передатчика и радио-приемника, настроенного на нужную частоту.

Наушники — устройство для персонального прослушивания звуковой информации. В комплекте с микрофоном могут служить головной гарнитурой — средством для ведения переговоров по телефону или иному средству голосовой связи. Кроме того, наушники используются в звукозаписывающих студиях для точного контроля записываемого трека музыкальной композиции.

Наименование «наушники» является разговорным синонимом термина «головные телефоны». Название «телефон» (telephone, от греч. tele — вдаль, далеко, и phone — звук) впервые применил Филипп Рейс (Philipp Reis) ещё в 1861 году. А в 1899 году в одном из первых радиоприемников, созданных Поповым, преобразованные из радиосигналов колебания звуковой частоты, согласно описанию, прослушивались через головные телефоны. Так как приемники собирались не только в России и не только из российских комплектующих, именование наушников как «головные телефоны» возникло, скорее всего, при буквальном прочтении английского термина headphones (англ. head — голова, phone — телефон).

Классификация наушников

По способу передачи сигнала

• проводные — соединены с источником проводом, поэтому могут обеспечить максимальное качество звука (соответственно, имеющие профессиональную направленность наушники относятся исключительно к этому типу); могут служить в качестве антенны
• беспроводные — соединены с источником посредством беспроводного канала, того или иного типа — радио, инфракрасным, Bluetooth. Мобильны, но имеют привязанность к базе (излучателю) и ограниченный радиус действия, определяемый мощностью излучателя. Обладают более низким качеством звука по сравнению с проводными, в силу процесса модуляции при кодировании-декодировании, необходимых при передаче сигнала от излучателя к приёмнику в наушниках.

По количеству каналов

• стереофонические — сигналы на каждый громкоговоритель передаются по отдельным каналам (наиболее распространенный тип);
• монофонические — имеют два громкоговорителя (или телефонных капсюля) запитываемых общим сигналом, в редких случаях — один громкоговоритель, звук от которого передается как в стетофонендоскопе;
• с дополнительными каналами — имеют более одного громкоговорителя для каждого уха, что позволяет имитировать объемное звучание или разделять каналы по частотным характеристикам.

По типу конструкции (виду)

• вставные (обиходное название — «вкладыши», «пуговки») — вставляются в ушную раковину;
• внутриканальные (обиходное название — «затычки», «капельки», «вакуумки», бочки, «беруши») — вставляются в ушной канал;
• накладные — накладываются на ухо;
• полноразмерные или мониторные (обиходное название — «лопухи» или «мониторы») — полностью обхватывают ухо.

По типу крепления

• оголовье — наушники с вертикальной дужкой, которая соединяет две чашечки наушников;
• затылочная дужка — соединяет две части наушников, но располагается на затылке. Основная механическая нагрузка направлена на уши;
• крепления на ушах — обычно наушники такого типа закрепляются за ушную раковину с помощью заушины или клипс;
• без креплений — они держатся только за счет амбушюров, которые находятся в ушной раковине или ушном проходе.

По способу подключения кабеля

• двусторонние — соединительный кабель подводится к каждой из чашек наушников;
• односторонние — соединительный кабель подводится только к одной из чашек наушников, вторая подключается отводом провода от первой, зачастую тот спрятан в дужке.
• беспроводные — технология соединения использует беспроводные технологии (bluetooth) для получения звуковой информации от источника сигнала (плеера, телефона, приемника).

По конструкции излучателя

• динамические — используют электродинамический принцип преобразования. Самый распространённый тип наушников. Конструктивно наушник представляет собой излучатель или мембрану, к которой прикреплена катушка с проводом, находящаяся в магнитном поле постоянного магнита. Если через неё пустить переменный ток, то магнитное поле, создаваемое катушкой, будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего мембрана будет двигаться, повторяя форму электрического сигнала звуковой частоты (см. статью «Громкоговоритель»). Электродинамический способ преобразования сигнала имеет множество недостатков и ограничений, но постоянно совершенствующаяся конструкция таких наушников и новые материалы позволяют достигнуть очень высокого качества звука;
• с уравновешенным якорем — основной деталью является П-образный якорь из ферромагнитного сплава. В разговорной речи их часто называют «арматурными» из-за созвучия английского слова armature (якорь) с русским арматура;
• электростатические — используют тончайшую мембрану, расположенную между двумя электродами. Стоимость таких наушников обычно высока, однако они демонстрируют очень высокую чувствительность и высокую верность воспроизводимого звука. Недостаток — их нельзя напрямую подключить к стандартному выходу на наушники, поэтому к ним в комплекте идёт специальная док-станция;
• изодинамические — тонкая плёночная мембрана, с нанесёнными на неё металлическими токопроводящими дорожками, заключена в решетку из стержневых магнитов и колеблется между ними. См. также «Излучатель Хейла»;
• ортодинамические — по принципу аналогичны изодинамическим, но мембрана и магниты имеют круглую форму.

По типу акустического оформления

• открытого типа — частично пропускают внешние звуки, что позволяет достичь более естественного звучания. Многие слушатели отмечают звук открытых наушников как более прозрачный и натуральный по сравнению со звуком закрытых наушников. Кроме того, открытое акустическое оформление не делает вас аудиально «отрезанным» от окружающего мира. Однако при высоком уровне внешнего шума звук в открытых наушниках будет плохо слышен. К тому же открытые наушники, работающие на большой громкости, могут помешать окружающим. Не создают давления на внутреннее ухо;
• закрытого типа — не пропускают внешние шумы и обеспечивают максимальную звукоизоляцию, что позволяет использовать их в шумных средах, а также в тех случаях, когда необходимо полностью сосредоточиться на прослушивании. Основной их недостаток заключается в ухудшении воспроизведения низких частот при плохом прилегании амбушюров. Производимое на голову давление, как правило, выше, чем у открытых.
• полуоткрытого типа (или полузакрытого типа) — выдуманный маркетологами тип оформления. Термин «полуоткрытые» технически некорректный, ведь открытые наушники всегда полуоткрытые, всё дело в степени акустической нагрузки.

По сопротивлению

• низкоомные — с сопротивлением от единиц до нескольких сотен ом;
• высокоомные — с сопротивлением от единиц до нескольких десятков килоом.

По типу соединительных разъемов

• Jack (6.3);
• Mini-jack (3.5);
• Micro-jack (2.5);
• DIN, ОНЦ-ВН (в настоящее время устарели);
• РПВ-1, ШП-4 и др. (имеют специфическое применение или устарели);
• USB (в основном используются в наушниках нового поколения).

Технические характеристики

Основными техническими характеристиками являются: частотный диапазон, чувствительность, сопротивление, максимальная мощность и уровень искажений в процентном соотношении.

1. Частотная характеристика Эта характеристика влияет на качество звука наушников. Наушники с больши́м диаметром мембраны имеют повышенное качество звучания. Среднее значение частотной характеристики 18 Гц — 20 000 Гц. Некоторые профессиональные наушники имеют частотный интервал от 5 Гц до 60000 Гц. Наиболее широкий заявленный частотный диапазон у некоторых моделей достигает 7 Гц — 120 кГц(Sennheiser Orpheus HE 90).
2. Чувствительность (КПД) Чувствительность влияет на громкость звука в наушниках. Обычно наушники обеспечивают чувствительность не менее 100 дБ, при меньшей чувствительности звук может быть слишком тихим (особенно при использовании наушников с плеером или подобными устройствами). На чувствительность влияет материал магнитного сердечника, применяемого в наушниках (например, неодимовые магнитные сердечники). Наушники-«вкладыши» с малым диаметром мембраны обладают маломощным магнитом.
3. Сопротивление (импеданс) Здесь важно соответствие значения модуля полного электрического сопротивления наушников и выходного сопротивления источника звука. Большинство наушников рассчитано на сопротивление в 32 Ома. Наушники с сопротивлением в 16 Ом имеют повышенную излучаемую акустическую мощность. Для студийной работы используют наушники с максимальным значением импеданса, так как они имеют более линейную АЧХ (и следовательно более точную передачу звука).
4. Максимальная мощность Максимальная (паспортная) входная мощность обуславливает громкость звучания.
5. Уровень искажений Уровень искажений в наушниках измеряется в процентах. Чем меньше этот процент, тем лучше качество звучания. Привносимые наушниками искажения менее 1 % в полосе частот от 100 Гц до 2 кГц являются приемлемыми, тогда как для полосы ниже 100 Гц допустимо 10 %.

Опасности, связанные с наушниками

В наушниках каждое ухо воспринимает звуки, идущие исключительно от излучателя, предназначенного именно для этого уха, что приводит к несколько иному звучанию и, возможно, — к повышенной утомляемости. Длительное использование наушников на высокой громкости чревато частичной потерей слуха и может даже привести к глухоте [источник не указан 222 дня] . Неравномерность АЧХ и присутствие резонансных частот отрицательно действует на органы слуха, так как слушатель настраивает громкость воспринимая основной спектр частот, пренебрегая резонансной.

Также существует опасность из-за наушников пропустить важный звуковой сигнал, например, при движении по дороге, как водителями (поэтому во многих странах вводятся ограничения на использование наушников водителями автотранспорта), так и пешеходами, что может стать причиной дорожно-транспортного происшествия.

Источник