Как работают наушники: устройство и принцип работы
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Наушники в наше время стали одним из необходимых атрибутов многих людей, благодаря им можно наслаждаться музыкой или заниматься самообразованием, слушая аудиокниги, при этом будучи занятыми какими то другими делами или пребывая в дороге, с пользой проводить время. Но задумывались ли вы как работают наушники, благодаря каким физическим законам вы можете, к примеру, громко слушать тяжелый рок, а людям, стоящим рядом с вами это совершенно не будет мешать, так как благодаря наушникам слышать его будете только вы. В нашей статье мы разберем принцип работы наушников.
Но начнем с фундаментального вопроса о том:
Что такое звук?
Максимально простой ответ будет звучать так: звуки – это вибрации, вызванные движущимися объектами. Эти вибрации воспринимаются нашими ушами и затем интерпретируются мозгом. А значит, для создания звука необходимо определенное механическое движение. К примеру, звук гитары или скрипки вызван механической вибрацией струны, а через специальные звуковые динамики эти вибрации искусственно усиливаются, благодаря чему звук становится громким.
Принцип работы наушников
В наушниках роль механических движений играют специальные драйверы, находящиеся внутри этих устройств. Блоки драйверов, также называемые преобразователями, преобразуют аналоговые звуковые сигналы в вибрации; по сути, они являются миниатюрными динамиками. Если большой динамик, к примеру, на рок-концерте увеличивает громкость звука до невероятных размеров, благодаря тому, что активно перемещает звуковые вибрации в окружающий воздух, то миниатюрный динамик в наушниках должен только лишь перемещать объем воздуха внутри вашего уха.
Типичный размер и соответствующие характеристики блока динамика различаются от наушников к наушникам, но обычно составляют от 6 до 15 мм. Например, настоящие беспроводные наушники S500W имеют 8-миллиметровый динамик для высококачественного звука. Качественными динамиками обладают и наушники real el.
Для создания звука диафрагма является неотъемлемой частью каждого динамика и состоит из тонкой мембраны, которая создает звуковые волны при движении. Интенсивность и направление движения определяется электрическим сигналом, который поступает к драйверам наушника. Не все драйверы созданы одинаковыми, и они по-разному преобразуют электрический ток в звук, перемещая диафрагму.
Кто изобрел наушники?
И почему? Первые громкоговорители были довольно громоздкими, и в конце XIX и начале XX века, когда звуковое оборудование было столь же громоздким, не было очевидной, непосредственной причины уменьшать «звуковоспроизводящие машины» до размера человеческого уха. Так как и почему появились наушники? По сути, было три причины.
- Во-первых, наушники могут воспроизводить звук с гораздо меньшей входной мощностью, чем большие громкоговорители, поэтому они очень хорошо работают с простым, маломощным аудио-оборудованием. Если вы когда-либо создавали кристаллическое радио, то знаете, что можете сделать это без батареи или источника питания любого типа, если будете использовать так называемый кристаллический наушник, который генерирует звук через пьезоэлектричество, используя очень мало входной энергии (от входящей радиоволны). Некоторые ранние наушники были еще менее сложными. Так можно было слушать звукозаписывающий фонограф Томаса Эдисона (предшественника современных проигрывателей), используя либо усиливающий «рог» (предок громкоговорителя), либо трубки, подобные стетоскопу, вставленные в ваши уши (предки наушников).
- Во-вторых, несмотря на громоздкость звукового оборудования, по-прежнему существовала острая потребность в портативности. Еще в 1891 году француз по имени Эрнест Меркадье запатентовал «би-телефон» (пара внутриканальных телефонных приемников), поразительно напоминающий современные наушники, «которые должны быть достаточно легкими, чтобы их можно было носить во время использования на голове оператора». Мобильность также явно была обязательной для военных. Одна из основных причин разработки наушников заключалась в том, что пилоты и солдаты на поле боя должны были четко и незамедлительно слышать звуковые команды и приказы центрального штаба. А в кабине шумного истребителя времен Второй мировой войны нельзя было поставить гигантские громкоговорители! Поэтому качественные наушники были разработаны, прежде всего, именно для пилотов военных истребителей.
- Наконец, не все могут слышать звук из динамиков так отчетливо, как вы. Просматривая патенты в базе данных Управления по патентам и товарным знакам США, становится ясно, что некоторые из самых ранних наушников на самом деле были наушниками, прикрепленными к слуховым аппаратам. Если вы хотите усилить звук и сделать это портативно и незаметно, использование наушника имеет гораздо больше смысла, чем использование динамика. Помимо помещения звука прямо в ухо, можно также отделить микрофон от динамика и тем самым уменьшить “гудение” и “свист” (когда динамик эффективно возвращается в микрофон). Например, в 1943 году, за несколько лет до того, как транзисторы полностью изменили мощность слуховых аппаратов, компания Zenith Electronics предложила наушник для слуховых аппаратов именно для этих целей.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.