Наушники представляют собой пару небольших динамиков, которые надеваются на голову или вокруг ушей пользователя. Они представляют собой электроакустические преобразователи , которые преобразуют электрический сигнал в соответствующий звук. Наушники позволяют одному пользователю слушать источник звука конфиденциально, в отличие от громкоговорителя , который издает звук в открытый воздух, чтобы его слышал любой, кто находится поблизости. Наушники также известны как наушники [1] или, в просторечии , банки [2] . Наушники Circumaural (вокруг уха) и supra-aural (над ухом) используют повязку поверх головы, чтобы удерживать динамики на месте. Другой тип, известный как вкладыши или наушники [1] , состоит из отдельных блоков, которые вставляются в ушной канал пользователя ; в рамках этой категории были разработаны беспроводные воздушные наушники с использованием беспроводной технологии. Третий тип — наушники с костной проводимостью , которые обычно оборачиваются вокруг затылка и располагаются перед ушным каналом, оставляя ушной канал открытым. В контексте телекоммуникаций гарнитура представляет собой комбинацию наушников и микрофона .
Наушники подключаются к источнику сигнала, такому как аудиоусилитель , радио , проигрыватель компакт-дисков , портативный медиаплеер , мобильный телефон , игровая приставка или электронный музыкальный инструмент , либо напрямую с помощью шнура, либо с помощью беспроводной технологии, такой как Bluetooth , DECT или FM-радио . Первые наушники были разработаны в конце 19 века для использования операторами коммутатора , чтобы их руки были свободны. Первоначально качество звука было посредственным, и шагом вперед стало изобретение высококачественных наушников. [3] [4]
Наушники демонстрируют ряд различных возможностей воспроизведения звука. Гарнитуры, предназначенные для использования по телефону, как правило, не могут воспроизводить звук с высокой точностью дорогих устройств, предназначенных для прослушивания музыки аудиофилами . Наушники, которые используют кабели, обычно имеют либо 1 ⁄ 4 дюйма (6,4 мм), либо 1 ⁄ 8 дюйма (3,2 мм) телефонный разъем для подключения наушников к источнику звука. Некоторые наушники являются беспроводными, используя соединение Bluetooth для приема аудиосигнала по радиоволнам от устройств-источников, таких как мобильные телефоны и цифровые плееры. [5] В результате эффекта Walkman , начиная с 1980-х годов, наушники начали использовать в общественных местах, таких как тротуары, продуктовые магазины и общественный транспорт. [6] Наушники также используются людьми в различных профессиональных контекстах, например, звукорежиссерами, микширующими звук для живых концертов или звукозаписей , и диджеями , которые используют наушники, чтобы включить следующую песню без слышимости аудитории, пилотами самолетов и сотрудниками колл-центров . Последние два типа сотрудников используют наушники со встроенным микрофоном.
Наушники появились из-за необходимости освободить руки человека при работе с телефоном . [7] К 1880-м годам, вскоре после изобретения телефона , операторы телефонных коммутаторов начали использовать головные устройства для крепления телефонной трубки . [8] Трубка крепилась на голове с помощью зажима, который удерживал ее рядом с ухом. [9] Крепление на голову освобождало руки оператора коммутатора, так что они могли легко соединять провода телефонных абонентов и приемников. [10] Телефонная трубка, монтируемая на голове, в единственном числе называлась наушником . [11] [12] Эти головные телефонные трубки, в отличие от современных наушников, имели только один наушник. [13]
К 1890-м годам британская компания Electrophone разработала подслушивающее устройство с двумя наушниками . Устройство создавало систему прослушивания через телефонные линии, которая позволяла клиенту подключаться к прямой трансляции представлений в театрах и оперных театрах по всему Лондону. Подписчики сервиса могли слушать представление через пару массивных наушников, которые соединялись под подбородком и удерживались на длинном стержне. [14]
Французский инженер Эрнест Меркадье в 1891 году запатентовал набор наушников-вкладышей. [15] [14] Немецкая компания Siemens Brothers в это время также продавала головные уборы для телефонистов, которые имели два наушника, хотя и располагались снаружи уха. Головные уборы Siemens Brothers выглядели как современные наушники. Большинство головных уборов, используемых телефонистами, по-прежнему имели только один наушник. [16]
Наушники появились в развивающейся области беспроводной телеграфии , которая была начальной стадией радиовещания . Некоторые ранние разработчики беспроводного телеграфа решили использовать динамик телефонной трубки в качестве детектора электрического сигнала беспроводной приемной цепи. [17] К 1902 году новаторы беспроводной телеграфии, такие как Ли де Форест , использовали два совместно закрепленных на голове телефонных приемника, чтобы слышать сигнал приемной цепи. [18] Два закрепленных на голове телефонных приемника назывались в единственном числе головными телефонами . [17] К 1908 году головной телефон начал записываться просто как головные телефоны , [19] а год спустя стало использоваться составное слово наушники . [20]
Одной из первых компаний, которая производила наушники для операторов беспроводной связи, была компания Holtzer-Cabot Company в 1909 году. [21] Они также производили головные приемники для телефонистов и обычные телефонные приемники для дома. [21] Другим ранним производителем наушников был Натаниэль Болдуин. [22] Он был первым крупным поставщиком гарнитур для ВМС США . [23] В 1910 году, мотивированный своей неспособностью слышать проповеди во время воскресной службы, он изобрел прототип телефонной гарнитуры. [24] Он предложил ее для тестирования флоту, который немедленно заказал 100 штук. Wireless Specialty Apparatus Co. в партнерстве с Baldwin Radio Company открыли производственное предприятие в Юте для выполнения заказов. [25] Эти ранние наушники использовали движущиеся железные драйверы , [26] с однотактными или сбалансированными якорями. Обычный однотактный тип использовал звуковые катушки, намотанные вокруг полюсов постоянного магнита, которые были расположены близко к гибкой стальной диафрагме. Аудио ток через катушки изменял магнитное поле магнита, оказывая различную силу на диафрагму, заставляя ее вибрировать, создавая звуковые волны. Требование высокой чувствительности означало, что не использовалось демпфирование , поэтому частотная характеристика диафрагмы имела большие пики из-за резонанса, что приводило к плохому качеству звука . Эти ранние модели не имели прокладок и часто были неудобны для ношения в течение длительного времени. Их импеданс был разным; наушники, используемые в телеграфной и телефонной работе, имели импеданс 75 Ом . Те, которые использовались с ранним беспроводным радио, имели больше витков более тонкой проволоки для повышения чувствительности. Импеданс от 1000 до 2000 Ом был обычным явлением, что подходило как для кристаллических наборов, так и для триодных приемников. Некоторые очень чувствительные наушники, такие как те, которые были изготовлены Brandes около 1919 года, обычно использовались для ранней радиоработы.
В 1958 году Джон С. Косс , аудиофил и джазовый музыкант из Милуоки , создал первые стереонаушники. [27] [26]
Меньшие по размеру наушники-вкладыши, которые вставлялись в ушной канал пользователя, были впервые разработаны для слуховых аппаратов . Они стали широко использоваться с транзисторными радиоприемниками , которые появились в продаже в 1954 году с появлением Regency TR-1 . Самое популярное аудиоустройство в истории, транзисторное радио изменило привычки слушателей, позволив людям слушать радио где угодно. Наушники-вкладыши используют либо движущийся железный драйвер, либо пьезоэлектрический кристалл для воспроизведения звука. 3,5-миллиметровый разъем для радио и телефона , который сегодня чаще всего используется в портативных устройствах, используется по крайней мере с транзисторного радиоприемника Sony EFM-117J, выпущенного в 1964 году. [28] [29] Его популярность была подкреплена его использованием на портативном кассетном проигрывателе Walkman в 1979 году.
Наушники можно использовать со стационарными CD и DVD-плеерами , домашними кинотеатрами , персональными компьютерами или портативными устройствами (например, цифровыми аудиоплеерами / MP3-плеерами , мобильными телефонами ), если эти устройства оснащены разъемом для наушников. Беспроводные наушники не подключаются к источнику звука с помощью кабеля. Вместо этого они принимают радио- или инфракрасный сигнал, закодированный с помощью радио- или инфракрасной линии передачи, такой как FM , Bluetooth или Wi-Fi . Это работающие от батареек приемные системы, в которых наушники являются лишь компонентом. Беспроводные наушники используются на таких мероприятиях, как Silent disco или Silent Gig .
В профессиональном аудиосекторе наушники используются в живых выступлениях диск-жокеями с диджейским пультом и звукорежиссерами для мониторинга источников сигнала. В радиостудиях диджеи используют пару наушников, когда говорят в микрофон, в то время как динамики выключены, чтобы устранить акустическую обратную связь и при этом контролировать свой собственный голос. В студийных записях музыканты и певцы используют наушники, чтобы играть или петь под фонограмму или группу. В военных приложениях аудиосигналы многих разновидностей контролируются с помощью наушников.
Проводные наушники подключаются к источнику звука с помощью кабеля. Наиболее распространенными разъемами являются телефонные разъемы 6,35 мм ( 1 ⁄ 4 дюйма) и 3,5 мм . Более крупный разъем 6,35 мм чаще встречается на стационарном домашнем или профессиональном оборудовании. Разъем 3,5 мм остается наиболее широко используемым разъемом для портативного применения на сегодняшний день. Доступны адаптеры для преобразования между устройствами 6,35 мм и 3,5 мм.
Как активный компонент, беспроводные наушники, как правило, стоят дороже из-за необходимости использования внутреннего оборудования, такого как аккумулятор, контроллер зарядки, драйвер динамика и беспроводной приемопередатчик , тогда как проводные наушники являются пассивным компонентом, передающим управление динамиком источнику звука.
Некоторые кабели наушников оснащены последовательным потенциометром для регулировки громкости.
Проводные наушники могут быть оснащены несъемным кабелем или съемным вспомогательным штекером «папа-папа» , а также некоторые с двумя портами, чтобы позволить подключить еще один проводной наушник в параллельной цепи , которая разделяет аудиосигнал для обмена с другим участником, но также может использоваться для прослушивания звука с двух входов одновременно. Внешний аудиоразветвитель может модернизировать эту способность. [30]
Различные типы специально разработанных наушников или вкладышей также используются для оценки состояния слуховой системы в области аудиологии для установления порогов слышимости, медицинской диагностики потери слуха , выявления других заболеваний, связанных со слухом, и мониторинга состояния слуха в программах сохранения слуха на рабочем месте . [31] Определенные модели наушников были приняты в качестве стандарта из-за простоты калибровки и возможности сравнивать результаты между испытательными учреждениями. [32]
Наушники типа Supra-aural исторически наиболее часто используются в аудиологии, поскольку их проще всего калибровать, и они считались стандартом в течение многих лет. Обычно используемые модели — Telephonics Dynamic Headphone (TDH) 39, TDH-49 и TDH-50. Внутриушные или вставные наушники сегодня используются чаще, поскольку они обеспечивают более высокий уровень интераурального затухания, вносят меньшую изменчивость при тестировании 6000 и 8000 Гц и позволяют избежать проблем с тестированием, возникающих из-за спадения ушных каналов. Обычно используемая модель вставных наушников — Etymotic Research ER-3A. Наушники Circum-aural также используются для установления порогов слышимости в расширенном диапазоне высоких частот (от 8000 Гц до 20000 кГц). Наряду с внутриушными наушниками Etymotic Research ER-2A, полноразмерные наушники Sennheiser HDA300 и Koss HV/1A являются единственными моделями, имеющими эталонные эквивалентные пороговые значения уровня звукового давления для расширенного диапазона высоких частот, как описано стандартами ANSI . [33] [32] [34]
Аудиометры и наушники должны калиброваться вместе. В процессе калибровки выходной сигнал от аудиометра к наушникам измеряется с помощью измерителя уровня звука , чтобы гарантировать, что сигнал соответствует показаниям аудиометра по уровню звукового давления и частоте . Калибровка выполняется с наушниками в акустическом соединителе , который предназначен для имитации передаточной функции наружного уха. Поскольку в процессе начальной калибровки аудиометра используются определенные наушники, их нельзя заменить никаким другим набором наушников, даже той же марки и модели. [32]
Электрические характеристики динамических громкоговорителей можно легко применить к наушникам, поскольку большинство наушников представляют собой небольшие динамические громкоговорители.
Наушники доступны с высоким или низким импедансом (обычно измеряется на частоте 1 кГц). Низкоомные наушники находятся в диапазоне от 16 до 32 Ом, а высокоомные наушники — около 100–600 Ом. По мере увеличения импеданса пары наушников для его управления требуется большее напряжение (при заданном токе), а громкость наушников для заданного напряжения уменьшается. В последние годы импеданс новых наушников, как правило, уменьшался, чтобы приспособиться к более низким напряжениям, доступным на портативной электронике на основе КМОП с питанием от батареи . Это привело к появлению наушников, которые могут более эффективно управляться электроникой с питанием от батареи. Следовательно, новые усилители основаны на конструкциях с относительно низким выходным импедансом.
Сопротивление наушников вызывает беспокойство из-за ограничений выходного сигнала усилителей. Современная пара наушников управляется усилителем, при этом наушники с более низким сопротивлением представляют большую нагрузку. Усилители не идеальны; они также имеют некоторое выходное сопротивление, которое ограничивает количество мощности, которое они могут обеспечить. Чтобы обеспечить равномерную частотную характеристику, адекватный коэффициент затухания и неискаженный звук, усилитель должен иметь выходное сопротивление менее 1/8 от сопротивления наушников, которые он управляет (и в идеале как можно меньшее). Если выходное сопротивление велико по сравнению с сопротивлением наушников, присутствует значительно большее искажение. [35] Поэтому наушники с более низким сопротивлением, как правило, громче и эффективнее, но также требуют более мощного усилителя. Наушники с более высоким сопротивлением более терпимы к ограничениям усилителя, но производят меньшую громкость для заданного выходного уровня.
Исторически многие наушники имели относительно высокий импеданс, часто более 500 Ом, поэтому они могли хорошо работать с ламповыми усилителями с высоким импедансом . Напротив, современные транзисторные усилители могут иметь очень низкий выходной импеданс, что позволяет использовать наушники с низким импедансом. К сожалению, это означает, что старые аудиоусилители или стереосистемы часто выдают некачественный выходной сигнал на некоторых современных наушниках с низким импедансом. В этом случае внешний усилитель для наушников может оказаться полезным.
Чувствительность — это мера того, насколько эффективно наушник преобразует входящий электрический сигнал в слышимый звук. Таким образом, она показывает, насколько громки наушники для данного уровня электрического привода. Она может быть измерена в децибелах уровня звукового давления на милливатт ( дБ (SPL)/мВт) или децибелах уровня звукового давления на вольт (дБ (SPL)/В). [36] К сожалению, оба определения широко используются, часто взаимозаменяемо. Поскольку выходное напряжение (но не мощность) усилителя для наушников по существу постоянно для большинства обычных наушников, дБ/мВт часто более полезно, если преобразовать в дБ/В с помощью закона Ома :
Как только чувствительность на вольт известна, максимальную громкость для пары наушников можно легко рассчитать из максимального выходного напряжения усилителя. Например, для наушников с чувствительностью 100 дБ (SPL)/В усилитель с выходным напряжением 1 среднеквадратичное (RMS) напряжение выдает максимальную громкость 100 дБ.
Сопряжение высокочувствительных наушников с усилителями мощности может привести к опасно высокой громкости и повреждению наушников. Максимальный уровень звукового давления является вопросом предпочтения, некоторые источники рекомендуют не выше 110–120 дБ. Напротив, Американское управление по охране труда рекомендует средний уровень звукового давления не более 85 дБ(А), чтобы избежать долгосрочной потери слуха, в то время как стандарт Европейского союза EN 50332-1:2013 рекомендует, чтобы громкость выше 85 дБ(А) включала предупреждение, с абсолютной максимальной громкостью (определяемой с использованием шума 40–4000 Гц) не более 100 дБ, чтобы избежать случайного повреждения слуха. [37] Согласно этому стандарту, наушники с чувствительностью 90, 100 и 110 дБ (УЗД)/В должны работать от усилителя, способного выдавать не более 3,162, 1,0 и 0,3162 среднеквадратичного напряжения при максимальной громкости, соответственно, чтобы снизить риск повреждения слуха.
Чувствительность наушников обычно составляет от 80 до 125 дБ/мВт и обычно измеряется на частоте 1 кГц. [38]
Размер наушников может влиять на баланс между точностью и портативностью. Как правило, форм-факторы наушников можно разделить на четыре отдельные категории: охватывающие (накладные) , накладные (накладные) , вкладыши и внутриканальные .
Проводные наушники обеспечивают прямое электрическое соединение с исходным устройством с помощью кабеля, обычно подключаемого к разъему для наушников .
Современные беспроводные или беспроводные наушники не имеют шнура, соединяющего два наушника с исходным устройством или друг с другом; они получают аудиосигнал с помощью беспроводной технологии, такой как Bluetooth . В историческом использовании термин «беспроводной» относился к подключению к радиоприемнику, который был известен как беспроводной.
На некоторых моделях оба аудиопотока передаются на один наушник, который пересылает один поток на другой наушник. На других моделях каждый наушник получает свой аудиопоток напрямую с исходного устройства. Преимущество первого варианта заключается в совместимости с устаревшими системами, тогда как преимущество второго варианта заключается в меньшем расходе энергии в наушнике, который должен пересылать один аудиопоток.
Соединение между двумя наушниками, также являющимися беспроводными, можно назвать настоящим беспроводным стерео (TWS) , обеспечивающим более длительный срок службы батареи и полную передачу по левому и правому каналам, что позволяет избежать возможного пропуска сигнала источника, если надет только один наушник. [39]
Наушники Circumaural (иногда называемые полноразмерными наушниками или накладными наушниками ) имеют круглые или эллипсовидные амбушюры, которые охватывают уши. Поскольку эти наушники полностью охватывают ухо, наушники Circumaural могут быть спроектированы так, чтобы полностью прилегать к голове, чтобы ослабить внешний шум. Из-за своего размера наушники Circumaural могут быть тяжелыми, и есть некоторые комплекты, которые весят более 500 граммов (1 фунт). Эргономичная конструкция оголовья и амбушюров необходима для уменьшения дискомфорта, вызванного весом. Они обычно используются барабанщиками при записи.
Накладные наушники или наушники-вкладыши имеют подушечки, которые прижимаются к ушам, а не вокруг них. Они обычно поставлялись в комплекте с персональными стереосистемами в 1980-х годах. Этот тип наушников, как правило, меньше и легче, чем охватывающие наушники, что приводит к меньшему ослаблению внешнего шума. Накладные наушники также могут вызывать дискомфорт из-за давления на ухо по сравнению с охватывающими наушниками, которые располагаются вокруг уха. Комфорт может варьироваться в зависимости от материала амбушюра.
Наушники — это очень маленькие наушники, которые вставляются непосредственно в наружное ухо , обращенные к ушному каналу, но не вставленные в него. Наушники портативны и удобны, но многие люди считают их неудобными. [40] [ не удалось проверить ] Они практически не обеспечивают акустическую изоляцию и оставляют место для проникновения окружающего шума; пользователи могут опасно увеличивать громкость, чтобы компенсировать это, рискуя потерять слух . [40] [41] С другой стороны, они позволяют пользователю лучше осознавать окружающую среду. С первых дней существования транзисторного радио наушники обычно поставлялись в комплекте с персональными музыкальными устройствами. Иногда они продаются с пенопластовыми или резиновыми подушечками для комфорта. (Использование термина «наушники-вкладыши» , которое существует по крайней мере с 1984 года, достигло своего пика только после 2001 года, с успехом MP3-плеера Apple. [42] )
Внутриканальные наушники, также известные как внутриушные мониторы (IEM) или каналофоны , представляют собой небольшие наушники с такой же портативностью, как и вкладыши, которые вставляются в сам ушной канал . IEM — это высококачественные внутриканальные наушники, которые используются звукорежиссерами и музыкантами , а также аудиофилами.
Внешние оболочки наушников-вкладышей изготавливаются из различных материалов, таких как пластик, алюминий , керамика и другие металлические сплавы. Поскольку наушники-вкладыши зацепляются за ушной канал, они могут быть склонны выскальзывать, и они блокируют большую часть окружающего шума. Отсутствие звука из окружающей среды может быть проблемой, когда звук является необходимым сигналом для безопасности или по другим причинам, например, при ходьбе, вождении или езде рядом с транспортным потоком или в нем. [43] Некоторые наушники-вкладыши используют встроенные микрофоны, чтобы при желании можно было услышать некоторые внешние звуки. [44] [45]
Универсальные или индивидуальные беруши для ушных каналов изготавливаются из силиконовой резины, эластомера или пены. Такие беруши в устройствах более низкого класса могут быть взаимозаменяемыми, что увеличивает риск их выпадения и застревания в ушном канале. Индивидуальные наушники-вкладыши используют отливки ушного канала для создания индивидуальных формованных берушей, которые обеспечивают дополнительный комфорт и шумоизоляцию. [40]
В комплект некоторых беспроводных наушников входит зарядный футляр.
Как охватывающие, так и накладные наушники можно дополнительно дифференцировать по типу амбушюр:
Гарнитура — это наушники, объединенные с микрофоном . Гарнитуры обеспечивают эквивалентную функциональность телефонной трубки с функцией громкой связи. Помимо использования в телефоне, гарнитуры применяются в системах внутренней связи в авиации, театральных или телевизионных студиях, а также в консольных или компьютерных играх. Гарнитуры изготавливаются либо с одним наушником (моно), либо с двумя наушниками (моно на оба уха или стерео). Микрофонная штанга гарнитуры представляет собой либо внешний микрофон, когда микрофон удерживается перед ртом пользователя, либо голосовую трубку, когда микрофон размещается в наушнике, а речь достигает его посредством полой трубки.
Телефонные гарнитуры подключаются к стационарной телефонной системе. Телефонная гарнитура функционирует, заменяя трубку телефона. Гарнитуры для стандартных проводных телефонов оснащены стандартным разъемом 4P4C, обычно называемым разъемом RJ-9. Гарнитуры также доступны с гнездами 2,5 мм для многих телефонов DECT и других приложений. Беспроводные гарнитуры Bluetooth доступны и часто используются с мобильными телефонами . Гарнитуры широко используются для работы с интенсивным использованием телефона, в частности, работниками колл-центров . Их также используют все, кто хочет вести телефонные разговоры, оставляя обе руки свободными.
Для старых моделей телефонов сопротивление микрофона гарнитуры отличается от сопротивления оригинальной трубки, что требует использования телефонного усилителя для телефонной гарнитуры. Телефонный усилитель обеспечивает базовое выравнивание контактов, аналогичное адаптеру телефонной гарнитуры, но также обеспечивает усиление звука для микрофона и громкоговорителей. Большинство моделей телефонных усилителей предлагают регулировку громкости для громкоговорителя и микрофона, функцию отключения звука и переключение между гарнитурой и трубкой. Телефонные усилители питаются от батарей или адаптеров переменного тока .
Гарнитуры для связи используются для двусторонней связи и обычно состоят из наушников и прикрепленного микрофона. Такие гарнитуры используются в различных профессиях, таких как авиация, армия, спорт, музыка и многие сферы услуг. Они бывают разных форм и размеров, в зависимости от использования, требуемого шумоподавления и необходимой точности связи.
Нежелательные звуки из окружающей среды можно уменьшить, исключив звук из уха с помощью пассивной шумоизоляции или, часто в сочетании с изоляцией, с помощью активного шумоподавления .
Пассивная шумоизоляция по сути заключается в использовании корпуса наушника, либо над ухом, либо в ухе, в качестве пассивного ушного вкладыша, который просто блокирует звук. Типы наушников, которые обеспечивают наибольшее затухание, — это внутриканальные наушники и закрытые наушники, как охватывающие, так и накладные. Открытые наушники и наушники-вкладыши обеспечивают некоторую пассивную шумоизоляцию, но гораздо меньше, чем другие. Типичные закрытые наушники блокируют от 8 до 12 дБ, а внутриушные — от 10 до 15 дБ. Некоторые модели были специально разработаны для барабанщиков, чтобы облегчить барабанщику мониторинг записанного звука, максимально снижая звук непосредственно от барабанов. Такие наушники утверждают, что снижают окружающий шум примерно на 25 дБ.
Активные шумоподавляющие наушники используют микрофон, усилитель и динамик для улавливания, усиления и воспроизведения окружающего шума в фазово-инвертированной форме; это в некоторой степени нейтрализует нежелательный шум из окружающей среды, не влияя на желаемый источник звука, который не улавливается и не инвертируется микрофоном. Им требуется источник питания, обычно батарея, для управления их схемой. Активные шумоподавляющие наушники могут ослаблять окружающий шум на 20 дБ или более, но активная схема в основном эффективна при постоянных звуках и на более низких частотах, а не при резких звуках и голосах. Некоторые шумоподавляющие наушники предназначены в основном для снижения низкочастотного шума двигателя и движения в самолетах, поездах и автомобилях и менее эффективны в средах с другими типами шума.
В наушниках используются различные типы преобразователей для преобразования электрических сигналов в звук.
Драйвер с подвижной катушкой , чаще называемый «динамическим» драйвером, является наиболее распространенным типом, используемым в наушниках. Он состоит из неподвижного магнитного элемента, прикрепленного к рамке наушников, который создает статическое магнитное поле. Магнит в наушниках обычно состоит из феррита или неодима . Звуковая катушка , легкая катушка из проволоки, подвешена в магнитном поле магнита, прикрепленного к диафрагме, обычно изготовленной из легкой целлюлозы с высоким отношением жесткости к массе, полимера, углеродного материала, бумаги или тому подобного. Когда переменный ток аудиосигнала проходит через катушку, он создает переменное магнитное поле, которое реагирует против статического магнитного поля, оказывая переменную силу на катушку, заставляя ее и прикрепленную диафрагму вибрировать. Вибрирующая диафрагма толкает воздух, создавая звуковые волны .
Электростатические драйверы состоят из тонкой, электрически заряженной диафрагмы, обычно покрытой пленкой ПЭТ , подвешенной между двумя перфорированными металлическими пластинами (электродами). Электрический звуковой сигнал подается на электроды, создавая электрическое поле; в зависимости от полярности этого поля диафрагма притягивается к одной из пластин. Воздух продавливается через перфорации; в сочетании с непрерывно изменяющимся электрическим сигналом, приводящим в движение мембрану, генерируется звуковая волна. Электростатические наушники обычно дороже, чем наушники с подвижной катушкой, и сравнительно редки. Кроме того, для усиления сигнала для отклонения мембраны требуется специальный усилитель, что часто требует электрических потенциалов в диапазоне от 100 до 1000 вольт.
Из-за чрезвычайно тонкой и легкой мембраны диафрагмы, часто толщиной всего несколько микрометров, и полного отсутствия движущихся металлических конструкций, частотная характеристика электростатических наушников обычно простирается значительно выше слышимого предела приблизительно в 20 кГц. Высокочастотная характеристика означает, что уровень искажений нижней средней полосы поддерживается до верхней части слышимого диапазона частот, что обычно не относится к драйверам с подвижной катушкой. Кроме того, отсутствует пиковость частотной характеристики, регулярно наблюдаемая в области высоких частот с драйверами с подвижной катушкой. Хорошо спроектированные электростатические наушники могут воспроизводить значительно лучшее качество звука, чем другие типы. [ необходима цитата ]
Электростатические наушники требуют источника напряжения, генерирующего от 100 В до более 1 кВ, и находятся на голове пользователя. С момента изобретения изоляторов никакой реальной опасности нет. Им не нужно подавать значительный электрический ток , что еще больше ограничивает электрическую опасность для пользователя в случае неисправности.
Электретный драйвер функционирует по тем же электромеханическим средствам, что и электростатический драйвер. Однако электретный драйвер имеет встроенный постоянный заряд, тогда как электростатические имеют заряд, подаваемый на драйвер внешним генератором. Электретные и электростатические наушники относительно редки. Оригинальные электреты также обычно были дешевле и имели более низкие технические возможности и точность, чем электростатика. Были одобрены патентные заявки с 2009 по 2013 год, которые показывают, что при использовании различных материалов, то есть «фторированной циклической олефиновой электретной пленки», показания диаграммы частотной характеристики могут достигать 50 кГц при 100 дБ. Когда эти новые улучшенные электреты объединяются с традиционным купольным драйвером наушников, можно производить наушники, которые признаны Японским аудиосообществом достойными присоединения к программе Hi Res Audio. Патенты США 8 559 660 B2. 7 732 547 B2.7 879 446 B2.7 498 699 B2.
Планарные магнитные (также известные как ортодинамические) наушники используют технологию, похожую на электростатические наушники, с некоторыми принципиальными отличиями. Они работают аналогично планарным магнитным громкоговорителям .
Планарный магнитный драйвер состоит из относительно большой мембраны, которая содержит встроенный проволочный узор. Эта мембрана подвешена между двумя наборами постоянных, противоположно выровненных магнитов. Ток, проходящий через провода, встроенные в мембрану, создает магнитное поле, которое реагирует с полем постоянных магнитов, вызывая движение в мембране, что производит звук.
Сбалансированный якорь — это конструкция звукового преобразователя, в первую очередь предназначенная для повышения электрической эффективности элемента путем устранения нагрузки на диафрагму, характерной для многих других систем магнитных преобразователей. Как схематически показано на левой диаграмме, он состоит из подвижного магнитного якоря, который поворачивается так, чтобы он мог двигаться в поле постоянного магнита. При точном центрировании в магнитном поле на якорь не действует результирующая сила, отсюда и термин «сбалансированный». Как показано на правой диаграмме, когда через катушку проходит электрический ток , он намагничивает якорь в одну или другую сторону, заставляя его слегка вращаться в одну или другую сторону вокруг оси, тем самым перемещая диафрагму для создания звука .
Конструкция механически нестабильна; небольшой дисбаланс заставляет арматуру прилипать к одному полюсу магнита. Для удержания арматуры в положении «равновесия» требуется довольно жесткая восстанавливающая сила. Хотя это снижает ее эффективность, эта конструкция все еще может производить больше звука при меньшей мощности, чем любая другая. [ необходимо разъяснение ] Популяризированные в 1920-х годах как радионаушники Baldwin Mica Diaphragm, преобразователи с уравновешенным якорем были усовершенствованы во время Второй мировой войны для использования в военных звуковых телефонах . Некоторые из них достигли поразительной эффективности электроакустического преобразования в диапазоне от 20% до 40% для узкополосных голосовых сигналов.
Сегодня они обычно используются только в наушниках-вкладышах и слуховых аппаратах, где их высокая эффективность и миниатюрный размер являются главным преимуществом. [47] Они, как правило, ограничены на крайних частотах слухового спектра (например, ниже 20 Гц и выше 16 кГц) и требуют лучшей герметизации, чем другие типы драйверов, чтобы раскрыть весь свой потенциал. Модели более высокого класса могут использовать несколько арматурных драйверов, разделяя частотные диапазоны между ними с помощью пассивной кроссоверной сети. Некоторые объединяют арматурный драйвер с небольшим драйвером с подвижной катушкой для увеличения выходного сигнала басов.
Самые первые громкоговорители для радиоприемников использовали в качестве диффузоров драйверы с уравновешенным якорем. [48]
Термоакустический эффект генерирует звук из джоулева нагрева проводника на звуковой частоте, эффект, который не является магнитным и не вызывает вибрацию динамика. В 2013 году исследовательская группа в Университете Цинхуа продемонстрировала наушник из углеродной нанотрубки с тонкой пряжей, основанный на термоакустическом механизме. [49] Изготовленный наушник из тонкой пряжи CNT имеет рабочий элемент, называемый термоакустическим чипом из тонкой пряжи CNT. Такой чип состоит из слоя массива тонкой пряжи CNT, поддерживаемого кремниевой пластиной, и периодические канавки определенной глубины сделаны на пластине методами микрообработки для подавления утечки тепла из пряжи CNT в подложку. [ необходима цитата ]
Технологии преобразователей, используемые гораздо реже для наушников, включают Heil Air Motion Transformer (AMT); Пьезоэлектрическая пленка; Ленточный планарный магнит; Магнитострикция и плазменные или ионные . Первые наушники Heil AMT были проданы ESS Laboratories и по сути представляли собой твитер ESS AMT от одного из динамиков компании, работающего на полном диапазоне. С начала века только Precide of Switzerland производила наушники AMT. Пьезоэлектрические пленочные наушники были впервые разработаны Pioneer, их две модели использовали плоский лист пленки, который ограничивал максимальный объем движения воздуха. В настоящее время TakeT производит пьезоэлектрические пленочные наушники, имеющие форму, похожую на преобразователь AMT, но, как и драйвер Precide, имеющие разный размер складок преобразователя над диафрагмой. Они также включают двухстороннюю конструкцию за счет включения специальной панели твитера/супертвитера. Сложенная форма диафрагмы позволяет преобразователю с большей площадью поверхности вписываться в меньшие ограничения пространства. Это увеличивает общий объем воздуха, который может перемещаться при каждом движении преобразователя с учетом этой излучающей площади.
Магнитострикционные наушники, иногда продаваемые под маркой Bonephones , работают, вибрируя по боковой стороне головы, передавая звук через костную проводимость . Это особенно полезно в ситуациях, когда уши должны быть свободны, или для людей, которые глухи по причинам, не затрагивающим нервный аппарат слуха . Однако магнитострикционные наушники ограничены в своей точности по сравнению с обычными наушниками, которые полагаются на нормальную работу уха. Кроме того, в середине 1980-х годов французская компания Audio Reference попыталась продать плазменные наушники Plasmasonic, изобретенные Анри Бондаром. [50] [51] Не осталось известных работающих примеров. Из-за небольшого объема воздуха в наушниках плазменный или ионный преобразователь может стать полнодиапазонным драйвером, хотя высокие температуры и необходимые напряжения делают их очень редкими.
_FIIO_Fujiyama_for_smartphone_etc._headphones.jpg/1280px-Micro_amplifier_(booster)_FIIO_Fujiyama_for_smartphone_etc._headphones.jpg)
Наушники могут не давать другим людям слышать звук, либо для обеспечения конфиденциальности , либо для того, чтобы не беспокоить других, как при прослушивании в публичной библиотеке . Они также могут обеспечить уровень точности звука, превышающий уровень громкоговорителей аналогичной стоимости. Частично их способность делать это обусловлена отсутствием необходимости выполнять коррекцию помещения с помощью наушников. Высококачественные наушники могут иметь чрезвычайно ровную низкочастотную характеристику вплоть до 20 Гц в пределах 3 дБ. В то время как громкоговоритель должен использовать относительно большой (часто 15" или 18") динамик для воспроизведения низких частот, наушники могут точно воспроизводить басы и суббасовые частоты с динамиками шириной всего 40-50 миллиметров (или намного меньше, как в случае с внутриканальными наушниками-мониторами). Впечатляющие низкочастотные характеристики наушников возможны, потому что они находятся настолько близко к уху, что им нужно перемещать только относительно небольшие объемы воздуха.
Такие маркетинговые заявления, как «частотная характеристика от 4 Гц до 20 кГц», обычно являются преувеличением; отклик продукта на частотах ниже 20 Гц, как правило, очень мал. [52] Наушники также полезны для видеоигр , использующих алгоритмы 3D-позиционной обработки звука, поскольку они позволяют игрокам лучше оценивать положение источника звука за пределами экрана (например, шаги противника или его выстрелы).
Хотя современные наушники особенно широко продаются и используются для прослушивания стереозаписей с момента выпуска Walkman , ведутся субъективные дебаты относительно характера воспроизведения ими стереозвука. Стереозаписи представляют положение горизонтальных глубинных сигналов (стереоразделение) через громкость и фазовые различия рассматриваемого звука между двумя каналами. Когда звуки из двух динамиков смешиваются, они создают фазовую разницу, которую мозг использует для определения направления. Через большинство наушников, поскольку правый и левый каналы не объединяются таким образом, иллюзия фантомного центра может восприниматься как потерянная. Жесткие панорамированные звуки также слышны только в одном ухе, а не с одной стороны.
Бинауральные записи используют другую микрофонную технику для кодирования направления непосредственно как фазы, с очень небольшой разницей амплитуды ниже 2 кГц, часто с использованием фиктивной головы . Они могут производить удивительно реалистичное пространственное впечатление через наушники. Коммерческие записи почти всегда используют стереозапись, а не бинауральную, потому что прослушивание через громкоговоритель более распространено, чем прослушивание через наушники.
Можно изменить пространственные эффекты стереозвука в наушниках, чтобы лучше приблизиться к воспроизведению звука динамиками, используя частотно-зависимую перекрестную подачу между каналами.
Гарнитуры могут иметь эргономические преимущества по сравнению с традиционными телефонными трубками. Они позволяют агентам колл-центра сохранять лучшую осанку без необходимости держать трубку в руках или наклонять голову вбок, чтобы ее удержать. [53]
Использование наушников на достаточно высоком уровне громкости может вызвать временное или постоянное ухудшение слуха или глухоту . Громкость наушников часто должна конкурировать с фоновым шумом , особенно в громких местах, таких как станции метро, самолеты и большие толпы. Длительные периоды воздействия высокого уровня звукового давления, создаваемого наушниками на высоких настройках громкости, могут нанести вред слуху; [54] [55] Почти 50% подростков и молодых людей (от 12 до 35 лет) в странах со средним и высоким уровнем дохода слушают небезопасные уровни звука на своих персональных аудиоустройствах и смартфонах. [56] Однако один эксперт по слуху обнаружил в 2012 году (до всемирного принятия смартфонов в качестве основных персональных устройств для прослушивания), что «менее 5% пользователей выбирают уровни громкости и слушают достаточно часто, чтобы рисковать потерей слуха». [57] Международный союз электросвязи недавно опубликовал «Руководящие принципы для безопасных устройств/систем для прослушивания», в которых рекомендовалось, чтобы звуковое воздействие не превышало 80 децибел , А-взвешенный дБ(А) в течение максимум 40 часов в неделю. [58] Европейский союз также установил аналогичный предел для пользователей персональных устройств для прослушивания (80 дБ(А) не более 40 часов в неделю), и для каждого дополнительного увеличения воздействия звука на 3 дБ продолжительность должна быть сокращена вдвое (83 дБ(А) не более 20 часов, 86 дБ(А) в течение 10 часов в неделю, 89 дБ(А) в течение 5 часов в неделю и т. д. Большинство крупных производителей смартфонов теперь включают в свои устройства некоторые функции безопасности или ограничения громкости, а также предупреждающие сообщения. [59] [60] хотя такая практика получила неоднозначную реакцию со стороны некоторых сегментов покупателей, которые предпочитают личный выбор установки собственных уровней громкости.
Обычный способ ограничения громкости звука на устройствах, работающих с наушниками, заключается в ограничении выходной мощности. Это имеет дополнительный нежелательный эффект зависимости от эффективности наушников; устройство, выдающее максимально допустимую мощность, может не выдавать адекватную громкость при работе с низкоэффективным оборудованием с высоким импедансом, в то время как та же мощность может достигать опасных уровней с очень эффективными наушниками.
Некоторые исследования показали, что люди более склонны повышать громкость до небезопасного уровня во время выполнения интенсивных упражнений. [61] Финское исследование [62] рекомендовало тренирующимся устанавливать громкость наушников на половину от обычной громкости и использовать их только в течение получаса.
Помимо риска для слуха, существует общая опасность того, что прослушивание громкой музыки в наушниках может отвлекать слушателя и приводить к травмам и несчастным случаям. [63] [64] Шумоподавляющие наушники добавляют дополнительный риск. Несколько стран и штатов сделали незаконным ношение наушников во время вождения или езды на велосипеде. [43]
Также были многочисленные сообщения о контактном дерматите из-за воздействия наушников-вкладышей, таких как Apple AirPods . [65] [66] Контактный дерматит может быть вызван наушниками-вкладышами, содержащими золото, резину, красители, акрилаты или метакрилаты. [65] Однако не было проведено никаких исследований, которые бы доказали, что воздействие наушников-вкладышей вызовет контактный дерматит, а скорее, что существует корреляция между использованием наушников-вкладышей и случаями контактного дерматита. [65]
Риск для слуха от использования наушников также распространяется на работников, которые должны носить электронные или коммуникационные гарнитуры в рамках своей повседневной работы (например, пилоты , операторы колл-центров и диспетчеров, звукорежиссеры , пожарные и т. д.), и повреждение слуха зависит от времени воздействия. Национальный институт охраны труда ( NIOSH ) рекомендует, чтобы звуковое воздействие не превышало 85 дБ(А) в течение 8-часового рабочего дня как средневзвешенное по времени значение. [67] NIOSH использует обменный курс в 3 дБ, часто называемый «компромиссом времени-интенсивности», что означает, что если уровень звукового воздействия увеличивается на 3 децибела, продолжительность воздействия должна быть сокращена вдвое. NIOSH опубликовал несколько документов, направленных на защиту слуха работников, которые должны носить коммуникационные гарнитуры, таких как операторы колл-центров, [68] пожарные, [69] а также музыканты и звукорежиссеры. [70] [71]
Передатчик помещается на вертикальном стержне справа от него, а трубка постоянно удерживается у его уха с помощью стальной ленты, пропущенной через голову, которая также служит магнитом телефона. Поэтому он всегда готов принять заказ без необходимости предварительного звонка или сигнала, и обе его руки остаются свободными для выполнения заказов. [Также см. рис. 180]
Верхнее правое изображение: центральный офис Нью-Йорка в 80-х годах, на котором изображены коммутаторы типа "улей", а также первые коммутаторы настольного типа, а также молодые женщины и мальчики-операторы [Обратите внимание на изображение телефонных операторов с телефонными трубками, закрепленными на головах]
{{cite journal}}: CS1 maint: другие ( ссылка )Рисунок 73
Рисунок 1
Ссылаясь на иллюстрации на странице 251, A — коммутатор, B — наклонная полка, обычно используемая в вертикальных коммутаторах, а C — наушники.
Первую неделю она ничего не делает, только прикрепляет наушники к опытному оператору и слушает. [С. 401]
Подслушивание. Держите наушники на голове и в конце каждого предложения подбрасывайте клавишу прослушивания пальцами или большим пальцем правой руки, чтобы убедиться, что собеседник вас ясно слышит и отвечает вам.
Мои наушники однополюсного типа с обмоткой сопротивлением 3000 Ом.
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка )Даже самые хлипкие, дешевые наушники обычно могут похвастаться крайне низкими басовыми характеристиками — 15 или 20 Гц — но почти всегда звучат легко и ярко.
{{cite web}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
Медиа, связанные с наушниками на Wikimedia Commons
Словарное определение слова earphone в Викисловаре