Анатомия наушников. Из чего они состоят и на что смотреть при выборе

Приветствую, уважаемые!

Хотел написать какую-то заумную фразу про широкое распространение наушников, но передумал. Просто выйдите на улицу и оглядитесь: чуть ли не каждый третий будет с чем-то в ушах. Да и дома наушники помогают — не мешают домашним отдыхать или, напротив, спасают от назойливых звуков извне. Так давайте, наконец, разберёмся с основой: из чего состоят наушники и каковы различия между основными частями. Чтоб в следующий раз при выборе нового гаджета вы были во всеоружии. Поехали!

Table of Contents

• Из чего состоят наушники
• Типы корпусов
• Типы излучателей
• Резюме

Из чего состоят наушники

В любых наушниках — что проводных, что беспроводных — всегда есть три основных элемента: излучатель, передатчик звукового сигнала и корпус. Первый нужен, чтобы преобразовать электрический сигнал в колебания, которые сможет воспринять наше ухо, то есть чтобы мы смогли услышать музыку, речь или аудиодорожку фильма. Второй — чтобы передавать звук от источника к излучателю: это могут быть как банальные кабели, так и достаточно сложная схема в TWS-наушниках, включающая радиомодуль, процессоры декодирования и обработки, ЦАП, усилитель и аккумулятор с контроллером. Корпус, третий элемент, вмещает всё вышеперечисленное и заодно формирует некое пространство за и перед излучателем, что может заметно влиять на звук.

Естественно, в беспроводных наушниках есть ещё и микрофоны, кнопки или сенсорные панели для управления, иногда встречаются слоты для карт памяти. Но это уже «дополнительные возможности», о которых я напишу в следующий раз, если это будет вам интересно.

Типы корпусов

При большом желании и наличии нужных инструментов корпус для наушников можно сделать вообще из всего — в дело идут порой самые странные и необычные материалы. Понятное дело, что у таких моделей будут свои особенности, скорее всего, далёкий от идеального звук, но зато можно пафосно написать в пресс-релизе, мол, уникальная штуковина, единственная на рынке, лучший вариант.

Мне, к примеру, в своё время довелось протестировать «уши» с резиновым корпусом Fischer Audio Dream Catcher: звук средний, но зато в них можно было спать, не испытывая неудобств, а сломать совершенно нереально. Разве что порвать, как Тузик грелку.

Но в большинстве случаев производители используют три варианта: пластик, дерево и металл плюс их сочетания. Я сейчас говорю именно про саму основу, а не про налепленные поверх дизайнерские завитушки. Материал корпуса, конечно, влияет на звук, но это уже зависит от типа акустического оформления.

Акустическое оформление — это, по сути, описание того, как выглядит боковая стенка чашки: она сплошная или присутствуют какие-то отверстия. Если стенка сплошная, то такие наушники называются закрытыми. Если же задняя стенка представляет собой сетку с натянутой тканью или там просто есть достаточное количество щелей и отверстий, то наушники открытые — обеспечивается свободный выход воздуха из камеры за излучателем. Нередко выделяют и третий вид — полуоткрытые, когда площадь отверстий достаточно мала.

Плюсы закрытых наушников — лучше шумоизоляция (звуки извне не пройдут, окружающие люди тоже не будут слышать вашу музыку), бас ощущается более мощно. У открытых меньше усталость от прослушивания, больше «воздуха» в звуке и шире стереопанорама. Полуоткрытые ожидаемо совмещают в себе плюсы и минусы обоих типов в разных пропорциях, зависящих от конкретной модели.

И да, именно для закрытых наушников материал влияет на звучание, так как у этого типа присутствует резонанс корпуса. У открытых же никакого резонанса корпуса нет, так что не сильно принципиально, из чего же они сделаны. Можете выбирать по дизайну, производителю и так далее.

Наушники ещё можно разделить и по типу: охватывающие, накладные, вкладные, внутриканальные, с костной проводимостью.

Охватывающие — это те самые «лопухи», или «мониторные», самые крупные из всех вариантов. Их главная особенность — ваше ухо полностью помещается в амбушюры. Если модель закрытая, а амбушюры качественные, шумоизоляция будет максимальной: ни вы ничего не услышите, ни ваша музыка не выйдет за пределы чашек. Из минусов — размеры и необходимость подбирать модели под себя в плане посадки, чтобы прилегание амбушюров было максимальным.

Накладные — менее крупная форма, амбушюры просто прижимаются к уху. Раньше этот тип был намного более популярен, а поролоновые сменные амбушюры можно было купить практически в любом ларьке, ведь рассыпались и рвались они регулярно. Современные модели накладных наушников скорее похожи на уменьшенные версии охватывающих, изредка разбавляемые очередными перевыпусками классики типа KOSS Porta Pro. В плюсы накладных наушников однозначно стоит записать лёгкость и компактность, а вот минус — меньшая или практически отсутствующая шумоизоляция.

Вкладные, они же «вкладыши», — компактные модели, которые располагаются внутри ушной раковины, но не затыкают слуховой проход наглухо. Раньше были представлены большим многообразием плоских наушников с поролоновыми насадками и часто шли в комплекте с многими плеерами. Теперь найти подобную классику сложно, разве что попадутся какие-нибудь неизвестные производители на AliExpress или вы найдёте их в виде гарнитуры для самых бюджетных смартфонов.

А вот их современный вид — форма наушников Apple AirPods, те самые капли с удлинённым звуководом — очень популярны и уступают разве что внутриканальным решениям. И да, они, пожалуй, единственные, которые можно использовать без амбушюра. Плюс — вы слышите окружающую действительность, что безопаснее и комфортнее при длительном прослушивании. Минус — вы слышите окружающую действительность со всеми паразитными звуками и шумами. Да и посадка обычно менее надёжна, чем у наушников с оголовьем или внутриканальных.

Внутриканальные, они же «затычки» или «вакуумные» (ну какой там вакуум-то?), — модели, у которых на конце звуковода есть резиновые насадки-амбушюры, плотно закрывающие слуховой проход. Максимальный бас и пассивное шумоподавление в компактном корпусе, а также максимальная распространённость. Сюда же можно отнести кастомы — корпус, сделанный по слепку вашего уха.

Ну и самые необычные — наушники с костной проводимостью: спортивный ободок за шею, оканчивающийся в районе ушей двумя небольшими уплотнениями. Полностью открытые уши, никакой шумоизоляции плюс своеобразный звук. Но для спорта вещь, как говорят, незаменимая.

У всех типов, кроме последнего, может встречаться любой тип акустического оформления, влияя или не влияя на звук, способствуя или, напротив, ухудшая шумоизоляцию, создавая мощную басовую отдачу или широкую и воздушную виртуальную сцену.

Типы излучателей

Мы слышим звук за счёт того, что колеблющийся воздух воздействует на барабанную перепонку, которая передаёт через три маленьких косточки колебания овальному окну улитки — органа внутреннего уха. Внутри неё расположен Кортиев орган, состоящий из так называемых волосковых клеток. В них колебания преобразуются в электрический сигнал. Так что задача наушников — создать нужные колебания.

В большинстве случаев колебаться будет именно воздух, воздействуя на барабанную перепонку, а вот наушники с костной проводимостью передают вибрации через тонкую кожу в кости и уже дальше — напрямую к косточкам уха. Воздушные вибрации более естественны для слуха, поэтому результат будет заметно лучше у обычных наушников. Соответственно, нужна штука, чтобы этот самый воздух колебать, — излучатель.

Излучатели тоже бывают разные. Если исключить разные экспериментальные версии, то в большинстве случаев в наушниках вы встретите следующие типы: динамические, арматурные, изодинамические, электростатические, электретные, пьезокерамические и костной проводимости.

Динамические, или, если более официально, электродинамические, — самые распространённые излучатели в мире. Надёжные, понятные, недорогие, с мощным басом, они нашли своё применение в наушниках практически всех ценовых категорий.

Принцип простой: есть постоянный магнит, закреплённый на корпусе, есть подвижная диафрагма, к которой прикреплена обмотка. Если через обмотку пропускать ток, то она будет создавать собственное магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита, и в зависимости от направления катушка с диафрагмой будет притягиваться или отталкиваться. Если менять ток с определённой частотой, то катушка с диафрагмой будут колебаться туда-сюда, создавая звук.

При одинаковом принципе разные динамики звучат очень по-разному, а зависит это от размеров и материала диафрагмы (от биоцеллюлозы до металлов и графена), подвеса — гибкого кольца, с помощью которого диафрагма прикрепляется к корпусу динамика, катушки и магнитной системы.

По скорости и детальности такой тип излучателя не самый лучший, нелинейные искажения не самые маленькие, да и линейность АЧХ у него не на высоте. Зато если нужно получить действительно мощные «прокачивающие» басы, к тому же занедорого, то лучшего решения вам не найти! Ну и да, сделать максимально миниатюрные наушники на основе динамика не получится — арматура победит.

Второй по популярности тип — арматурные, или, что более корректно, излучатели с уравновешенным якорем. До того, как стать основной для наушников, арматуры долгое время с успехом использовались (и продолжают использоваться) в слуховых аппаратах и других специализированных слуховых устройствах, направленных в первую очередь на максимальную разборчивость голоса. Задачи сделать их максимально музыкальными изначально не стояло, и потому многие наушники с подобным драйвером звучат довольно специфично.

Принцип работы отличается от динамического, хотя присутствуют и катушка, и магниты, и диафрагма. Всё дело в якоре. Он представляет собой П-образную металлическую пластинку, одна из сторон которой размещается между магнитами, а вторая закреплена. Также вокруг незакреплённой части располагается обмотка: при подаче тока в ней создаётся магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянных магнитов через якорь, заставляя последний колебаться. Также к подвижной части якоря прикреплён так называемый пин — тонкий жёсткий штырь, упирающийся в диафрагму на верхней части и передающий ей колебания без каких-либо потерь.

Основные плюсы: компактность, быстрый отклик, большая линейность и отличная детализация ВЧ. Минусы: работа в более узком диапазоне, поэтому требуется несколько разных излучателей, чтобы получить достаточно широкий частотный диапазон. И всё равно бас будет жирнее и мощнее у динамиков. Да и у некоторых многодрайверных моделей бывают особые требования к качественному усилению.

Изодинамические, или планарные, а иногда и магнитостатические — третий вид излучателей, отличающийся от первых двух. Да, тут тоже есть мембрана, магниты и катушки, но расположены они совсем не так: витки проводника нанесены непосредственно на плоскую диафрагму, зажатую между двумя магнитами. Изменение тока в обмотке заставляет диафрагму колебаться между магнитами, создавая звуковые волны.

Планарные излучатели дают более ровное и точное звучание, нежели динамические, — это однозначный плюс. А минус — нужен хороший усилитель для нормальной работы. Раньше минусом ещё был размер, но сейчас существует достаточное количество компактных планарных моделей, по размеру не отличающихся от обычных внутриканальных наушников.

Электростатические излучатели — один из самых редких типов и при этом технически достаточно простых: нет никакой катушки и магнитов — только тончайшая диафрагма, зажатая между двумя пластинами-проводниками. К диафрагме подведено постоянное напряжение, а полезный переменный высоковольтный сигнал подаётся на пластины. Звучание получается максимально точное, детальное, правильное. Единственное, что бас будет… специфическим, скажем так, более лёгким и менее «качающим» в большинстве случаев — это связано с особенностями технологии, в частности, необходимостью уменьшать расстояние между проводящими сетками и мембраной. Меньше ход — меньше отдача, против физики не попрёшь.

Плюс: высокое качество звука при правильно сконструированных наушниках. Минус: специфичный и нередко недостаточный бас, для работы нужен специальный усилитель, умеющий создавать нужное напряжение. Да, существуют и портативные версии электростатов, но для них всё равно придётся таскать ещё одну отдельную коробку с собственным питанием. И да, во влажном климате могут быть проблемы, так как уменьшится напряжение, при котором произойдёт пробой диэлектрика-воздуха между мембраной и сетками, от чего наушники придут в негодность.

Электретные излучатели — по сути, те же электростаты, только диафрагма у них поляризована заранее при производстве и не требует подвода дополнительного напряжения. Но для нормальной работы (плюс невозможности поляризовать мембрану сильнее, чем это позволяет материал) пришлось уменьшить размер излучателя, так что работает он не во всём частотном диапазоне, а только на ВЧ. С другой стороны, размер трансформатора напряжения тоже заметно уменьшился, и его стало возможно размещать в корпусе наушников.

Плюсы: высокая детальность звука, не нужен отдельный мощный усилитель. Минусы: используется только для ВЧ в многодрайверных моделях, со временем мембрана деполяризуется (но это вопрос десятков лет).

Пьезокерамические излучатели известны многим по классической «пищалке» в настольных ПК. Принцип работы основан на особом свойстве пьезоматериала деформироваться при подаче напряжения и, напротив, генерировать электричество при приложении силы.

Чаще всего используется пьезокерамика, нанесённая на металлическую круглую основу. Простой, тонкий, надёжный вариант как плюс, но возможность работы только в области ВЧ и не самый идеальный звук в качестве минусов. Тем не менее, он тоже изредка используется в многодрайверных гибридных наушниках.

Ну и на десерт — излучатель костной проводимости, по факту являющийся тем же пьезоизлучателем, но передающим колебания не в воздух, а в кости черепа и дальше во внутреннее ухо. И такой вариант намного более популярен — большое число моделей спортивных наушников, не закрывающих уши и более безопасных для занятий на улице.

Их явное преимущество — полностью открытые уши без дополнительных ухищрений типа режима звуковой прозрачности. Минусы — это звук: он отличается от привычного, бас не слышится, а ощущается как вибрация, да и, в целом, про высокое качество звука можно забыть. Это решение предназначено для спортсменов и всех, кому важно полностью слышать окружающее пространство, а музыка является лишь неким фоном.

Ну и про многодрайверность, когда установлено несколько излучателей в одних наушниках. Самое распространённое явление — многодрайверные арматурные модели, где используются отдельные излучатели под каждый диапазон, иногда дублирующие друг друга. Минимум — 2, максимум, что я встречал и слушал, — 18. Вопрос целесообразности последнего оставлю открытым, так как отличный звук можно получить с меньшим количеством.

Второй по популярности вариант многодрайверности — совмещение динамического излучателя для мощного и глубокого баса и арматурных, отвечающих за качественные середину и верх.

А дальше идут всякие необычности типа «три динамических в одном», «динамик плюс изодинамик», «динамик плюс пьезо» и так далее. Сказать, что такие решения будут однозначно лучше звучать, нельзя: очень много зависит от инженерных решений, корпуса, правильного выбора излучателей и кроссоверов — фильтров, разделяющих сигнал на отдельные частотные группы для соответствующих излучателей. Именно поэтому супернавороченная многодрайверная штука за много денег может звучать проще и менее интересно, чем более скромная, но правильно сделанная модель.

Резюме

Я постарался пройтись буквально по верхам, рассказать об общем для всех наушников. За кадром остались кабели (а они заметно влияют на звук!), системы беспроводной передачи, разница в кодеках, не говоря уже про разное качество и форматы самого музыкального материала. Ну и да, я не затронул характеристики наушников — то, чем бравируют или, напротив, скрывают многие производители, — суть которых стоит понимать. Если вам было интересно и полезно, пишите в комментарии, и я продолжу разговор про мир звука — там ещё столько интересного!