Наушники и акустическая система

Наушники – устройство для персонального прослушивания речи, музыки или иных звуковых сигналов (см. рис. 2.35). В комплекте с микрофоном могут служить головной гарнитурой – средством для ведения переговоров по телефону или иному средству голосовой связи.

Рис. 2.35. Наушники: слева – проводные, справа – беспроводные.

 

Классификация наушников:

По способу передачи электрического сигнала:

-   проводные – соединены с источником проводом, поэтому могут обеспечить максимальное качество звука (соответственно, имеющие профессиональную направленность наушники относятся исключительно к этому типу);

-   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 с общим сигналом, в редких случаях – один громкоговоритель;

-   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») – вставляются в ушную раковину;

-   внутриканальные (обиходное название – «затычки») – вставляются в ушной канал;

-   накладные – накладываются на ухо;

-   полноразмерные или мониторные – 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 на ушах с помощью заушины или клипс;

-   без креплений – они держатся только за счет амбушюров, которые находятся в ушном проходе.

По способу подключения кабеля:

-   двухсторонние – соединительный кабель подводится к каждой из чашек наушников;

-   односторонние – соединительный кабель подводится только к од-

ной из чашек наушников, вторая подключается отводом провода от первой, зачастую тот спрятан в дужке.

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 нее 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. 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) 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;

-   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;

-   полуоткрытого типа (или полузакрытого типа) – обладают многими свойствами открытых наушников, но при этом обеспечивают приличную звукоизоляцию;

-   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. При плохом прилегании амбушюров (чашечек) у закрытых наушников ухудшается воспроизведение низких частот, поэтому у закрытых наушников с дужкой давление, производимое ими на голову, как правило выше, чем у открытых.

По сопротивлению:

-   низкоомные – с сопротивлением от единиц Ом до нескольких сотен Ом;

-   высокоомные – с сопротивлением от единиц кОм до нескольких десятков кОм.

По типу соединительных разъемов: Jack (6.3); Mini-jack (3.5); Micro-jack (2.5); Mini-DIN (в настоящее время устарел); РПВ-1, ШП-4 и др. (имеют специфическое применение или устарели).

Технические характеристики

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

Частотная характеристика. Эта характеристика влияет на качество звука наушников. Наушники с большим 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 5 Гц – 125 кГц.

Чувствительность. 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.

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.

Максимальная мощность. Максимальная (паспортная) входная мощность обуславливает громкость звучания.

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 %.

Акустическая система – устройство для воспроизведения звука (см.рис. 2.36). Акустическая система бывает однополосной (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создаёт звуковое давление в своей частотной полосе).

 

Рис. 2.36. Акустическая система (колонки): слева – активные,

справа - пассивные.

 

Акустическая система состоит из акустического оформления (например, «закрытый ящик» или «система с фазоинвертором» и др.) и вмонтированных в него излучающих головок (обычно динамических). для электродинамических излучателей применяются следующие виды акустического оформления: открытое, закрытое, фазоинвертор, лабиринт (разновидность фазоинвертора), рупор. Максимальный К.П.Д. - у рупора (40-60%), но чтобы он воспроизводил низкие частоты, требуется его значительная длина (5-8 м.); 1% - у фазоинвертора (реальный) и 0,5% - у закрытой системы, т.е. если на акустическую систему подаётся 100 ватт электрической мощности, всего примерно 1 ватт выходит звуковой мощности, остальная теряется на нагрев звуковой катушки громкоговорителя, потери в корпусе и потери на трение в подвесе электродинамической головки. В основном применяют фазоинвертор, т.к. он требует корпусов меньших размеров и нижняя граничная частота его ниже, чем у других оформлений (при одинаковых размерах корпуса), но он гораздо более требователен к настройке диаметра и длины трубы фазоинвертора, плохо настроенные системы "бубнят" на низких частотах. Толщина стенок корпуса играет важную роль, чем толще стенки, тем меньше они излучают паразитные призвуки, с этой целью применяют увеличивающие жёсткость корпуса переборки, вибропоглощающие покрытия и мастики, установку акустической системы на шипы, а также вату внутри корпуса, но здесь важно не переборщить, иначе басы будут «сухими».

Активные и пассивные системы. Акустические системы подразделяются на пассивные (состоят только из излучателя и кроссовера) и активные (содержат также усилитель мощности). Пассивные содержат внутри корпуса (или в углублении сзади) пассивные электрические фильтры для каждой полосы, состоящие из пассивных компонентов: конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов. Пассивные фильтры имеют малые искажения и широкий динамический диапазон, но они также совместно с формой корпуса изменяют А.Ч.Х. и Ф.Ч.Х. Активные содержат один усилитель, либо несколько усилителей равное числу полос акустической системы. Причём каждый усилитель даёт сигнал на свою электродинамическую (или иную) головку, а на входе усилителя стоит активный фильтр (как правило на операционном усилителе), который даёт только тот диапазон частот усилителю, который пропускает. Активные фильтры имеют малые габариты и простоту перестройки на другой частотный диапазон, не требуют большого количества меди (как пассивные фильтры - для катушек индуктивности), но имеют уже динамический диапазон и больше вносят искажений в усиливаемый сигнал. Таким образом, активные акустические системы обычно используются для персональных компьютеров, озвучивания небольших концертных площадок, дискотек и т.д. Пассивные чаще встречаются в домашних акустических системах, а также при озвучивании больших площадок.

Для подключения пассивной акустической системы к усилителю обычно используют следующие типы соединений: клеммы (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).

Вопросы для самопроверки:

1.Что относится к устройствам вывода.

2. Что такое монитор (дисплей), его функции, способы подключения.

3. Принцип действия ЭЛТ и ЖК - мониторов.

4. Что такое принтер, его функции, способы подключения.

5. Принцип действия матричного принтера.

6. Принцип действия струйного принтера.

7. Принцип действия сублимационного принтера.

8. Принцип действия лазерного принтера.

9. Что такое плоттер, его функции, принцип действия, характеристики и способы подключения.

10. Что такое наушники.

11. Что такое акустическая система (колонки).