Головные телефоны пространственного звучания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Акустические системы

 Комментарии к статье

Недавняя разработка немецкого инженера Ф.М. Кенинга - головные телефоны серии HFI - настолько заинтересовала нашего читателя, что он решил путем макетирования проверить эффективность новой конструкции. Об этом и рассказано в статье.

Сегодняшнее отношение к головным телефонам (ГТ), кажется, не дает повода для беспокойства ни производителям, ни потребителям. Каждый год, наряду с "непотопляемыми" моделями вроде "Sennheiser HD-580"1, появляются новые разработки с более легким и детальным звуком.

Между тем еще с 60-х годов, т. е. с начала широкого распространения стереофонических головных телефонов, замечен эффект локализации звука внутри головы. Однако, если звукопередача является некоей условностью, то ГТ лишь несколько ее усугубляют, с чем за 30 лет просто свыклись и почти перестали замечать, как не замечали ранее шипения шеллачных пластинок.

С этим эффектом тесно связан и другой, мало кому известный факт - весьма неважная реальная АЧХ ГТ. Существующая методика контроля параметров ГТ основана на измерении звукового давления, создаваемого телефоном (или только капсюлем), нагруженным на так называемое "искусственное ухо", не имеющее ничего общего с естественным, кроме названия2. Когда же настроенный таким образом телефон нагружен на естественный слуховой канал, от выверенной АЧХ мало что остается - образуются пики и провалы с размахом до 20 дБ. Это совсем не похоже на привычную картину - восприятие естественного звука или прослушивание музыки через громкоговорители: благодаря направленным свойствам ушной раковины наружное ухо является достаточно линейной системой. Окончательная же коррекция происходит в мозгу, "настроенном" как раз на индивидуальные особенности слушателя. Неудивительно, что исключение какого-либо звена из цепочки органов слуха приводит к рассогласованию сложной и точной системы.

-производство записей с применением "искусственной головы", хорошо имитирующих пространственную панораму, либо создание сложной цифровой модели функций наружного уха, но с обязательной частотной коррекцией в обоих случаях (причем индивидуальной!). Понятно, почему эти методы не нашли серьезного применения: они дороги и неудобны в эксплуатации; запись на "искусственную голову" несовместима с доминирующей многодорожечной и лишь ограниченно совместима с редкой в практике двухмикрофонной техникой записи.

Новые головные телефоны серии HR - вне конкуренции по простоте и эффективности решения [1]. Это, конечно, не первая попытка "включения в тракт" ушной раковины - ГТ с "просторными" амбушюрами и смещенными вперед капсюлями известны (Koss Pro4 и др.). Однако оказалось, что только дополнительное смещение капсюля вниз позволяет равномерно "озвучить" всю поверхность ушной раковины, приближая условия прослушивания к естественным [2].

На рис. 1 представлены результаты замеров звукового давления непосредственно в слуховом квнале, полученные при испытании стереотелефонов HFI-100 с высококачественными капсюлями, типичными для хороших моделей ГТ. Капсюли во всех случаях расположены ниже слухового прохода, а разные кривые соответствуют разным углам смещения излучателя вперед относительно вертикальной оси [1]. Сразу напрашивается несколько выводов:

• обнаруживается значительная неравномерность АЧХ, особенно на верхних частотах, в области собственных резо-нансов слухового прохода;
• поворотом амбушюров можно производить глубокую коррекцию АЧХ, причем существует некое оптимальное положение, при котором АЧХ улучшaется сразу во всем диапазоне частот (сплошная линия);
• при нижнем положении излучателя отсутствуют пики в полосе 3...4 кГц (см. рис.3 в [1]).

Две модели стереотелефонов серии HFI были представлены разработчиком на конференции звукорежиссеров (Карлсруэ, 1992), и результаты опроса сотни экспертов весьма примечательны. Убедительное расширение пространства отметил 81% экспертов; отчетливую фронтальную панораму - 39%; ощущение отдаленности кажущихся источников звука (КИЗ) - 62% опрошенных.

К оценке этих результатов в целом надо подходить осторожно хотя бы потому, что провести чистое "слепое" тестирование ГТ затруднительно, тем не менее результат впечатляет: 98 % профессионалов отметили положительные отличия телефонов.

Смещенное расположение пары капсюлей в ГТ позволяет легко доработать их для четырехканальной системы Dolby Surround Sound. Соответствующая конструкция телефонов HFI-3D (3 Dimensionen - три измерения) рассмотрена в [1] на рис. 1. Идея такой схемы кажется лежащей на поверхности, однако создание объемной звуковой панорамы в ограниченном пространстве амбушюров далеко не очевидно, о чем свидетельствует взлет и падение популярности квадрафонических телефонов в 70-е годы. Особенность данной конструкции состоит в том, что дополнительные капсюли устанавливают также с учетом акустических особенностей ушной раковины - не только позади, но и выше, примерно симметрично к основным относительно слухового прохода, что позволяет получить гораздо более убедительную картину, причем именно трехмерную, во всей верхней полусфере.

На рис. 2 представлены временные диаграммы прохождения импульсного сигнала во всех четырех капсюлях телефонов, подключенных к усилителям Dolby Surround Pro Logic. Сигнал без задержки поступает непосредственно на капсюли фронтальных каналов, а затем (с задержкой до десятков миллисекунд) в тыловых появляются "отзвуки", хорошо имитирующие отражения от стен и потолка некоего условного помещения. Звуки кажутся приходящими, в зависимости от амплитудно-временных соотношений, то сзади, то сверху и т. д., и общий эффект очень близок по восприятию к системе Home Theatre с громкоговорителями.

Принципиальная простота рассмотренных конструкций позволяет изготовить подобные телефоны самостоятельно широкому кругу радиолюбителей и открывает простор для дальнейших экспериментов, например, с изодинамичес-кими телефонами, с различными видами диафрагм для получения точечного или направленного источника и т. д.

Изготовленный автором макет стереофонических ГТ со смещенными излучателями состоит из мини-телефонов "Н-23С-1" (входивших в комплектацию магнитофона-приставки "Вега МП-122С") и больших, не деформирующих ушную раковину амбушюров. Изнутри они оклеены слоем фетра, служащего демпфером и звукопоглотителем. Оптимальное количество дополнительного звукопоглотителя определяют экспериментально. В корпусах выпиливают по два конические отверстия с внешним диаметром 30 и внутренним 27 мм, к которым прижимаются поролоновые амбушюры от мини-телефонов. Центры отверстий смещены вперед-вниз под углом 40° к вертикали на 2 см; величина смещения, как установлено, пропорциональна глубине амбушюров. "Настройка" сводится к нахождению оптимального положения излучателей, что несложно сделать на слух, поскольку основные эффекты выражены весьма явно.

Разумеется, ожидать чуда от столь простых преобразователей не приходится: настоящая иллюзорная панорама отсутствует или неустойчива. Однако звук действительно "уходит из головы" за пределы базы ГТ и вперед, а известный в акустике эффект подъема вверх КИЗ, расположенных посередине, значительно ослаблен. Вместо тривиального "правое - левое" появляется четкий азимут КИЗ (и даже некая гулкая пространстве нность), но глубина расположения КИЗ, к сожалению, трудно определима и пространство довольно сжатое. Видимо, это объясняется невысоким качеством капсюлей, "привязывающих" звук. Тем неожиданней метаморфозы качества звука. Прежде всего, заметно расширение частотного диапазона, особенно в области низких частот, а также отсутствие резкости. Звук для таких дешевых капсюлей, на удивление, мягкий, легкий и глубокий.

Наиболее же перспективным представляется следующее. Как выяснилось, длительное прослушивание записей через такие ГТ не "оглушает" и совершенно не утомляет. Эстетически это означает отсутствие монотонности, и кроме того, расширяются возможности применения подобных ГТ, скажем, в области связи или при постоянном контроле записи на магнитофонах со сквозным каналом, и вообще везде, где приходится сидеть в наушниках часами. В звукорежиссуре, кроме того, значительно облегчается сведение, поскольку картина, создаваемая такими ГТ, гораздо ближе к "мониторной". Впрочем, изготовление профессиональной аудиоаппаратуры выходит за рамки возможностей большинства радиолюбителей.

Автор уже получил неблагоприятный отзыв на идею доработки мини-телефонов согласно рис. 2 в [1], и об этом нужно сказать несколько слов. При такой доработке следует исходить из особенностей конструкции. Так, в той же модели "Н-23С-1" звук излучается через ряд отверстий, расположенных по окружности, и просто закрывать часть их бессмысленно. Поэтому для эффективной работы заглушки она должна размещаться поверх поролоновых амбушюров. Заготовки диаметром 38 мм вырезаются из фетра и приклеиваются на поролон по внешнему полукруглому краю. В другом, более простом и удачном (на взгляд автора) варианте такие же полукруглые заготовки, но без центрального выреза, изгибаются на конус и заправляются под амбушюры. При переделке мини-телефонов со сплошными поролоновыми амбушюрами для этого в последних вырезают центральное отверстие диаметром около 2 см. В обоих вариантах излучающие отверстия открыты и сохраняются условия для распространения звука снизу вверх, что и обеспечивает работу конструкции.

Автор не имел возможности провести оптимизации ГТ, поэтому вышеперечисленные эффекты выражены слабее, но и в таком виде ГТ обеспечивают весьма приятное, тонкое и мягкое звучание и сравнительно безопасную эксплуатацию.

И настоящий сюрприз преподнес "совмещенный" эксперимент: телефоны с заглушками, вставленные в большие амбушюры, привели, наконец, к желанному эффекту пространства натуральных размеров. При этом панорама скорее глубокая, чем широкая (без четких границ), но очень устойчивая и живая, с отличной воздушной перспективой. Несомненно, фетровые диафрагмы ослабили "привязку" КИЗ к телефонам. Качество звука очень хорошее, если учесть, что макет собран из подручных компонентов.

Во всех случаях речь идет, разумеет-с, об относительном улучшении звучания; высокие результаты можно получить лишь с высококачественными капсюлями. Особенно ценно, что наибольший эффект достигается при весьма умеренных уровнях громкости, соответствующих значительной отдаленности КИЗ, разборчивость и тональный баланс при этом не страдают. Следовательно, такие ГТ просто вынуждают потребителя беречь органы слуха.

Напомним, однако, что даже доработанными ГТ не стоит пользоваться в транспорте, особенно в метрополитене, где уровень шумов достигает 90 дБ (там лучше носить наушники без плейера). Что же касается телефонов-"затычек", в своем существующем виде они, на мой взгляд, должны быть признаны неприемлемыми как в эстетическом, так и, особенно, в медицинском отношении и запрещены к ввозу и продаже.

Эксперт журнала "Hi-Fi Music" Э-Гоулд в своем обзоре новейших ГТ заметил: "...Наверное, вы уже на собственном опыте убедились, что хороших... наушников практически не бывает". Мысль верная, но на все ли времена? Надеемся, что скоро радиолюбители докажут обратное.

Примечания

1. Высокое качество этой модели достигнуто, в частности, максимальным облегчением подвижной системы: катушка намотана алюминиевым проводом с выводами из того же алюминия, что, к сожалению, делает их весьма ненадежными.
2. В редких случаях телефоны в естественном положении на ушах оптимизируются по давлению в слуховом канале, но индивидуальные различия в строении наружного уха в значительной степени обесценивают работу.

Литература

1. Кунафин Р. Осторожно: головные телефоны! - Радио, 1997, № 8, с. 16, 17.
2. Konig F.M. Neues Kopfhorerkonzept: Surround-Sound mit Vorneortung. - Radio, Fernsehen, Elektronik, 1994, №4, с 14, 15.

Автор: Р.Кунафин, г. Москва

Смотрите другие статьи раздела Акустические системы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива Лазер превращает диэлектрик в проводник 06.04.2018 Международная группа ученых впервые теоретически описала, как будут вести себя так называемые моттовские диэлектрики под действием сверхкоротких и очень мощных лазерных импульсов и как должен выглядеть спектр отраженного от их поверхности излучения. Расчеты показывают, что в этом случае диэлектрик будет превращаться в проводник. В перспективе это явление можно будет использовать для электроники, исследований быстрых процессов и квантовых состояний в веществе. Диэлектрики - вещества, которые плохо проводят электрический ток, поскольку в них мало свободных электронов, способных легко перемещаться и переносить заряд. В обычных диэлектриках это связано с особенностями распределения электронов по энергетическим уровням, которые возникают в поле кристаллической решетки. Описывает это один из основных разделов квантовой физики - зонная теория. Моттовские диэлектрики отличаются от обычных тем, что ток в них не может течь совсем по другой причине, из-за сильного взаимодействия между электронами. В них движению электронов, способных создать ток, "мешают" другие электроны, находящиеся на соседних атомах. Своим отталкиванием они "запирают" каждый электрон на своем атоме и делают вещество диэлектриком. Названы они в честь английского физика Невилла Ф. Мотта, лауреата Нобелевской премии 1977 года, который в 1949 году объяснил их возникновение. Моттовские диэлектрики (как правило, это оксиды переходных металлов, например, NiO) перестают проводить ток при охлаждении, когда взаимодействие между электронами становится более существенным. Эксперименты по воздействию света на вещество начались около 20 лет назад. Но необходимость учитывать взаимодействие электронов затрудняла теоретическое изучение процессов в моттовских диэлектриках. Поэтому до сих пор рассматривались единичные атомы или молекулы с целью изучить поведение электронов на орбиталях атомов. Но никто не занимался изучением поведения самих моттовских диэлектриков в сверхсильном световом поле. Однако последние лет пять экспериментаторы начали переключаться на твердое тело, на кристаллы. Здесь картина намного сложнее, поскольку это многоэлектронная задача, где взаимодействующие электроны влияют на проводимость. Мпеуиалисты исследовали, как такие материалы будут реагировать на вспышки мощного фемтосекундного лазера, и моделировали, как должен выглядеть спектр отраженного от поверхности излучения, поскольку на его свойства влияют характеристики материала. Под действием сильного переменного поля лазерного луча, падающего на поверхность моттовского диэлектрика, состояние электронов в нем изменяется. Их кинетическая энергия возрастает, и материал теряет свойства диэлектрика. Процесс можно исследовать с помощью так называемой спектроскопии высоких гармоник. Метод заключается в том, что на материал направляют очень короткие, длиной в десятки или сотни фемтосекунд (10-15 с), импульсы лазера с заданными характеристиками. При отражении луча от материала эти характеристики изменяются, в том числе часть фотонов приобретает в десятки раз большую энергию и частоту колебаний, чем фотоны исходного импульса (это называется генерацией высоких оптических гармоник). По изменению характеристик луча можно судить о свойствах материала.

Другие интересные новости:

▪ Самый дешевый планшетник

▪ Нанопровода на графене растут сами

▪ Самые древние бактерии на Земле

▪ Электричество с колес

▪ Контактные линзы с контролем уровеня сахара в крови

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Синтезаторы частоты. Подборка статей

▪ статья И сшиты не по-русски широкие штаны. Крылатое выражение

▪ статья Когда была сделана первая звукозапись? Подробный ответ

▪ статья Геронов фонтан. Детская научная лаборатория

▪ статья Выключатель света на ИК лучах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Выбор электрических аппаратов и проводников по условиям короткого замыкания. Выбор аппаратов по коммутационной способности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026