Типы наушников

Основным элементом наушников является головка — преобразователь электрических колебаний звуковой частоты в акустические, помещенный в корпус. Для плотного, но достаточно удобного прилегания к ушной раковине корпус имеет мягкую прокладку — амбушюр, выполненный обычно из мягкой резины или поролона, обшитого кожзаменителем. Идеальным является амбушюр, наполненный жидкостью или газом, который мягко и пластично закрывает ушную раковину. Два корпуса объединены пружинящим оголовьем для удобного расположения наушников на голове. Оголовье обеспечивает оптимальный прижим наушников к ушной раковине и имеет механизм регулировки для различных размеров головы слушателя. У некоторых наушников на корпусе расположены регуляторы уровня громкости и тембра. К левому и правому наушнику подводится сигнал соответствующего канала стереофонического устройства. Наушники подключаются к усилительным устройствам с помощью трехпроводного гибкого шнура и стандартного разъема либо штекера и маркируются надписями «левый» и «правый» либо цветными метками: правый — красный, левый — белый, голубой.

Миниатюрные наушники (обычно диаметром 10-20 мм), предназначенные для переносных аудиоустройств, снабжаются легким тонким соединительным проводом со штекером диаметром 3,5 мм. Такие наушники, как правило, не имеют оголовья и удерживаются в ушной раковине благодаря особой форме. Разновидностью миниатюрных наушников являются наушники-«пробки», имеющие мягкие пластмассовые наконечники — ушные вкладыши. Они вставляются непосредственно в слуховой проход уха слушателя.

Наушники, используемые при работе с мультимедийными компьютерами, часто снабжаются микрофоном. Такая конструкция называется гарнитурой.

На рисунке изображены различные варианты конструктивного оформления наушников.

Наушники классифицируют по способу преобразования электрических колебаний в акустические, по назначению, по акустическому оформлению (или условиям работы преобразователей).

По способу преобразования основными являются наушники электродинамической, электростатической, изодинамической, пьезоэлектрической и электретной систем. В зависимости от сферы применения наушников, используются разные варианты конструкций.

Принцип действия электродинамического преобразователя электрического сигнала в акустический основан на эффекте взаимодействия поля постоянного магнита с магнитным полем, возникающим вокруг проводника звуковой катушки, по которому течет переменный ток звуковой частоты. Колебания звуковой катушки передаются жестко соединенной с ней диафрагме (или диффузору), которая вызывает колебания воздушной среды.

В преобразователях электростатической системы используется эффект взаимодействия тонкой диафрагмы с неподвижной пластиной в электростатическом поле. Переменное напряжение звуковой частоты подается на пластины, а для создания электростатического поля к пластинам прикладывается постоянное поляризующее напряжение.

В преобразователях изодинамической системы использован так называемый принцип равномерного перемещения. Легкая пленочная диафрагма с нанесенными электрогальваническим способом проводниками звуковой катушки помещена между полюсами плоской электромагнитной системы особой конструкции. Принцип действия похож на электростатический, но возбуждается здесь диафрагма электромагнитными силами.

В преобразователях пьезоэлектрической системы использован эффект электрострикции, т.е. изменения размеров некоторых материалов под действием электрического поля. Две одинаковые пластинки с нанесенными на их поверхности электропроводящими слоями, склеенные между собой, образуют биморфный пьезоэлемент. Подведенное к электродам такого элемента электрическое напряжение вызывает его изгиб. Если элемент соединить с диафрагмой и подвести переменное напряжение звуковой частоты, пьезоэлемент колеблется с частотой сигнала и раскачивает диафрагму, осуществляя преобразование электрического сигнала в акустический.

Электретные конденсаторные наушники в отличие от электростатических наушников не требуют напряжения поляризации.

По назначению различают наушники для домашних стереосистем, переносной звукотехники, для мультимедийных компьютеров, для профессионального использования (звукорежиссеры, студии звукозаписи, пилоты и пассажиры авиалайнеров и др.).

По акустическому оформлению различают наушники закрытого и открытого типов. Первые называют также преобразователями давления, вторые — скоростными преобразователями.

Наушники закрытого типа, надетые на голову слушателя, образуют небольшой замкнутый объем воздуха, ограниченный слуховым каналом, барабанной перепонкой, ушной раковиной, диафрагмой преобразователя, корпусом и амбушюром. Закрытая полость является идеальной средой для распространения колебаний низких частот. Вот почему наушники закрытого типа превосходят в этом отношении другие. Частотная характеристика звукового давления таких наушников почти равномерная от самых низких частот звукового диапазона до первого резонанса системы (обычно 500-2000 Гц). Выше резонансной частоты наблюдается небольшой спад характеристики. На более высоких частотах, когда длина волны соизмерима с размерами полости, образуются стоячие волны. Закрытая полость усугубляет явление интерференции (отраженные колебания, накладываясь на прямые с различной фазой и амплитудой, создают пики и провалы). В частотной характеристике появляется неравномерность. Для уменьшения этого явления внутреннюю поверхность корпуса оклеивают звукопоглощающим материалом или заполняют им весь внутренний объем.

Принцип работы наушников открытого типа




Наушники открытого типа работают иначе. Чтобы понять принцип их действия, проделаем следующий опыт. На рисунке изображена головка громкоговорителя, излучающая звук в свободное пространство. Если расположить микрофон в точке А на расстоянии а, превышающем в несколько раз диаметр головки, и измерять звуковое давление, то можно заметить, что с уменьшением частоты, начиная приблизительно с 300 Гц, измерительный микрофон будет показывать все меньшее давление, и, наконец, на достаточно низких частотах оно приблизится к нулю. Это происходит вследствие эффекта, называемого акустическим коротким замыканием. Суть его состоит в следующем. При работе головки ее диффузор совершает колебания в соответствии с направлением тока, проходящего через звуковую катушку. Двигаясь вперед, диффузор сжимает воздух перед собой и разрежает позади себя. В результате этих сжатий и разрежений воздуха создаются звуковые волны, распространяющиеся со скоростью около 340 м/с. Однако звуковые волны от передней и задней сторон диффузора различаются по фазе на 180°. Если в точку А, где расположен микрофон, придут обе волны от передней и от тыльной сторон диффузора, то, накладываясь одна на другую, они взаимно уничтожатся и результирующее звуковое давление станет равным нулю. Такой эффект наблюдается на частотах ниже 300 Гц, где длина излучаемой волны значительно превышает диаметр диффузоров. Для более высоких звуковых частот воздействие волны от тыльной стороны диффузора ослабляется самим диффузором. Для исключения нежелательного ослабления звука на низких частотах головка обязательно должна иметь оформление в виде акустического экрана, закрытого или открытого ящика и т.п.

Теперь переместим микрофон в точку Б, расположенную в непосредственной близости от диффузора. При этом измерительный прибор будет показывать приблизительно одинаковое звуковое давление как на средних, так и на низких частотах. Это объясняется тем, что путь волны от передней стороны диффузора значительно короче, чем путь волны от тыльной стороны, и влияние волн, создаваемых тыльной стороной, будет незначительным.

Конечно, расположить слушателя в непосредственной близости от диффузора громкоговорителя не представляется возможным. Однако такие условия выполняются, если поместить диффузор небольшой головки-преобразователя вблизи ушной раковины слушателя, что и сделано в наушниках открытого типа. Действительно, если расстояние b меньше диаметра диффузора, то эффект ослабления низких частот незначителен. А если это так, то нет необходимости в искусственном ослаблении волн от тыльной стороны диффузора путем применения корпуса, специальных уплотняющих амбушюров, вызывающих кроме увеличения размеров и общей массы конструкции также и другие нежелательные эффекты. Так как расстояние до ушной раковины даже при небольшом диаметре диафрагмы (около 25 мм) меньше половины ее диаметра, то можно использовать диафрагму небольшого диаметра и, следовательно, более легкую, что позволяет получить хорошую частотную и переходную характеристики наушников такого типа. На рисунке ниже показана одна из возможных конструкций наушников открытого типа.

Конструкция наушника открытого типа

Рассмотренные наушники закрытого и открытого типов имеют свои преимущества и недостатки. Наушники закрытого типа хорошо воспроизводят низкие частоты, но только при условии полной герметизации диафрагмы, что достигается при хорошем прижиме наушников к голове слушателя. Даже при незначительной утечке воздуха наблюдается резкое ослабление отдачи на низких частотах. Герметизация, кроме того, позволяет ослабить внешние шумы помещения; при этом работа наушников не беспокоит окружающих, находящихся поблизости.

Однако при наличии герметизации некоторые слушатели испытывают чувство раздражения, дискомфорта. Даже после сравнительно короткого периода работы с наушниками постоянное давление и недостаточный приток воздуха нарушают правильный теплообмен, создавая теплую и часто влажную среду, особенно в жаркие дни. Некоторые фирмы-изготовители, увлекаясь герметизацией, выпускают непомерно громоздкие конструкции. А во многих случаях размеры и масса наушников имеют определяющее значение, особенно при прослушивании в течение продолжительного периода времени.

Наушники открытого типа очень легкие и небольшие по габаритам, что несомненно является их преимуществом. Существует мнение, что для достижения естественности звучания необходимо ощущение открытого пространства. Это обеспечивают наушники открытого типа. Но они недостаточно ослабляют посторонние шумы, что является их слабым местом.

Несмотря на отмеченные недостатки наушники закрытого типа имеют лучшую частотную характеристику и потому получили большее распространение.




Дополнительные материалы:

  • Мифы о батарейках В последние годы были достигнуты большие успехи в улучшении характеристик гальванических элементов. Например, элементы американской фирмы Duracell (ее заводы расположены в Бельгии) […]
  • Тестирование звучания iRiver Astell&Kern AK240 iRiver Astell&Kern AK240:внешние и внутренние особенности Южнокорейской компании iRiver теперь есть что противопоставить другим компаниям, работающим на рынке музыкальных […]
  • Спортивный браслет Jawbone Up 2.0 Многие любители фитнеса жаждут получить как можно больше информации об их физической активности во время тренировки. Отслеживание данных, графиков прогресса и прогнозирование будущих […]
  • Tarot – самый тонкий Powerbank для смартфонов Все мы любим чтобы наши телефоны работали все время, и именно по этой причине большинство из нас носят с собой Powerbank (портативный внешний аккумулятор) или зарядное устройство. […]
Share This

Поделитесь!

Если статья показалась Вам полезной.