Столь длинное название вводная статья к обзору получила из-за одной истории, опубликованной в Интернете. История такова. На уроке НВП военрук, рассказывая о средствах радиоразведки, несколько раз употребил словосочетание «головные телефоны». Из класса его несколько раз поправили — «наушники». В конце концов, военрук не выдержал и изрек: «если головные телефоны — наушники, то респиратор — это намордник»!

Так, может быть, головные телефоны и наушники — действительно разные вещи? Возможно, это инструменты для различных областей применения? Давайте разберемся.

Часть 1

Работа с наушниками позволяет звукорежиссеру прежде всего сконцентрировать свое внимание. Не то же ли делают люди других профессий с помощью головных телефонов? Да, однако звукорежиссер не только осуществляет контроль объективных параметров звучания, но и стремится пережить некие чувства, не всегда определенные и осмысленные, то есть настраивает звучание в соответствии со своим субъективным восприятием. В других профессиях это исключено.

Такое семантически родное слово «наушники» даже термином называть не хочется. Суть описываемого предмета раскрыта только с одной стороны: сидит на ушах, но что делает — непонятно… О «головных телефонах» этого не скажешь. Все ясно — это главные телефоны, скажем, телефон генерала и его адъютанта…

Да, телефон — это «прибор для передачи на более или менее значительные расстояния внятно произнесенных звуков посредством проводов, по которым пробегает электрический ток» — определение дано еще в конце позапрошлого века. Считается, что телефон изобрел Александер Грэм Белл (Alexander Graham Bell). Сам он об этом говорил так: «Я изобрел телефон только потому, что не знал электротехники. Никто, хотя бы элементарно знакомый с электротехникой, телефон изобрести бы не смог». А правда еще интереснее.

Материалы из коллекции Центрального музея связи им. А. С. Попова, одного из старейших научно-технических музеев мира, свидетельствуют, что 26 октября 1861 года Филипп Рейс (Philipp Reis), преподаватель школы для глухонемых, предложил членам Физического общества г. Франкфурта изобретенный им электрический аппарат для проверки возможностей человеческого слуха. Следует отметить, что именно Рейс впервые применил название «телефон» (telephone, от греч. tele — вдаль, далеко, и phone — звук). Однако, так как аппарат мог передавать по электрическим проводам лишь отдельные, определенные звуки, он не получил практического применения и в историю вошел как «музыкальный телефон» Рейса.

Рис. 1. Головной телефон Белла в разрезе

Но через несколько лет это изобретение попало в руки А. Беллу, который в то время преподавал физиологию органов речи в университете Бостона. Ознакомившись с идеей, практичный Белл задумал использовать принцип телефона Рейса в другом приборе, который бы превращал звук в световые сигналы и мог передавать по одному телеграфному проводу одновременно семь телеграфных сообщений. Число семь было не случайным и увязывалось с количеством нот в октаве. С каждой стороны аппарата, передающей и принимающей, Белл парами использовал по семь гибких металлических пластинок; каждая пара настраивалась на определенную частоту. Как-то раз в процессе настройки конец одной из пластинок на передающей стороне системы случайно приварился к контакту. При этом помогавший А. Беллу механик Уотсон, пытаясь устранить неисправность, выражался громко и нецензурно. Сам Белл тем временем «налаживал» приемные пластинки в другой комнате, и смог уловить едва слышные ругательства своего помощника. Вот так, в результате случайности, он в 1877 г. смог получить ряд патентов — на телефон целиком и на элементы его конструкции (рис. 1).

Кстати, в 1884-1886 годах на основе этой разработки Белл получил несколько патентов в области записи и воспроизведения звука. Такова в историческом контексте этимология многоязыкого слова «телефон».

Интересно бы было также рассмотреть возможные причины появления семантически чудовищной приставки к нему — «головной».

Рис. 2. Головной телефон Попова

В коллекции музея им. Попова имеется датированный 1899 годом экспонат под названием «Приемник телефонных депеш». Это один из первых радиоприемников, созданных Поповым, принимавший радиосигналы без усиления с помощью точечного угольного детектора и преобразовывавший их в колебания звуковой частоты. Согласно описанию, последние прослушивались через головной телефон (на рис. 2 расположен вертикально). Известно, что детекторные приемники собирались не только в России и не только из российских комплектующих. В частности, они могли комплектоваться английскими Headphone («голова-телефон»). Отсюда, возможно, по-военному неуклюжий, но весьма живучий перевод иностранного технического слова.

А теперь перейдем от семантики к технике. Конструктивно телефон А. Белла представлял собою трубку, внутри которой находилась мембрана, магнитная система и катушка индуктивности (на рис. 1 телефон Белла представлен в разрезе). Нетрудно заметить, что преобразователь данного типа, называемый электромагнитным, отвечает сформулированному Гельмгольцем принципу взаимности и работает «в обе стороны». Однако производимый устройством ток слишком мал для преодоления больших сопротивлений. Первые телефоны Белла работали на расстояние не более 500…600 м. Это привело, с одной стороны, к скорому созданию угольных микрофонов (1886), а с другой — к усовершенствованию самих излучателей. Судя по тому, что уже во втором десятилетии ХХ века был налажен массовый выпуск головных телефонов, конструктивные особенности электромагнитных излучателей звуковой частоты стали оптимальными. Кстати, они практически без изменений сохранились до наших дней, как и название «головные телефоны» (рис. 3). Приводим их описание близко к тексту ГОСТ 16122 — 78.

Рис. 3. Электромагнитный преобразователь

В пластмассовый корпус 5 вмонтирован постоянный магнит с магнитопроводом 1. На постоянный магнитный поток этой системы накладывается переменный поток звуковой частоты, создаваемый надетыми на магнитопровод катушками 2, к которым через клеммы 3 подводится напряжение звуковой частоты. Перед полюсными наконечниками постоянного магнита находится мембрана 4. Под воздействием постоянного и переменного магнитных потоков мембрана колеблется в такт с переменным магнитным потоком и излучает акустическую волну, поступающую в ухо.

Очевидно, что конструкция накладывает на качество звучания электромагнитных излучателей определенные ограничения, несовместимые с использованием в современной звуковой индустрии. Здесь используются устройства со звуковыми излучателями другого принципа действия — электродинамическими.

Часть 2

Кто первым соединил последовательно два звуковых излучателя и укрепил их на оголовье, доподлинно неизвестно. На фото представлены несколько моделей головных телефонов различных производителей с различными оголовьями и типами креплений излучателей. А вот использовать в наушниках электродинамические громкоговорители (DT48, выпускались с 1937 года) первым догадался знаменитый немецкий электроакустик Байер, создатель компании Beyerdynamic.

Рис. 4. Устройство динамического наушника

На рисунке 4 схематично показано устройство динамического наушника закрытого типа (один из пары). Внутри корпуса 1 расположен электродинамический громкоговоритель 2 (3 — диффузор). В целях предотвращения возникновения резонансных колебаний объем под диффузором заполняется демпфирующим материалом 4. Диффузор защищен акустически прозрачной решеткой 5. К краю корпуса и одновременно к ушной раковине примыкает мягкий амбушюр (на рисунке не показан, как и оголовье).

За 70 лет, прошедших с момента появления первых динамических наушников, принципиальных конструктивных изменений не произошло. Составные части остались теми же — это оголовье, чашки (англ. earcups) с излучателями (диафрагмой, катушкой и магнитной цепью) внутри и амбушюры. Однако сегодняшние требования к рабочим параметрам и дизайну наушников гораздо выше. В связи с этим производителям пришлось радикально пересмотреть технологию и материалы, применяемые для производства всех компонентов наушников.

Универсальные критерии выбора — качество звучания и цена, однако кроме них стоит не менее серьезно рассматривать эргономические свойства наушников. Ведь для профессионала они на какое-то время становятся, так сказать, частью тела.

Головные телефоны

В этом аспекте одним из ключевых элементов конструкции наушников является оголовье. Из какого материала оно выполнено — не принципиально; сегодняшний пластик по прочности не уступает металлу. Важно другое. Оголовье и частично амбушюры определяют величину контактного давления (contact pressure) наушников — параметр, измеряемый в ньютонах и появившийся в спецификациях сравнительно недавно. Пара оголовье-амбушюры обеспечивает равномерное распределение нагрузки на различные части головы пользователя. Если велико давление на «темечко» или на уши — очень скоро наступит утомление. Если же, наоборот, оголовье слишком свободно, то даже очень плотно прилегающие амбушюры не смогут обеспечить должный комфорт. Как показывает практика, неплотно сидящие закрытые наушники нельзя предлагать исполнителям в студии. Они нередко совершают резкие движения… а ведь для полетов выпускают специальные наушники. Поэтому для приходящих музыкантов предпочтительнее оголовье с выдвигающимися дужками — достаточно жесткое, но, при правильной настройке, вполне комфортное.

Профессиональные наушники

Не менее важен узел крепления оголовья и чашек. Наилучший вариант — шарнир, позволяющий чашкам вращаться и по горизонтали и по вертикали. В этом случае настройка положения амбушюров происходит как бы автоматически. Более экономичные варианты уменьшают степени свободы (вращения). Жесткое крепление чашек к оголовью сегодня можно найти только в самых дешевых моделях.

Когда мир был завоеван стереофонией, произошло еще одно важное событие — появились наушники открытого типа (Sennheiser HD 414, 1968 год) с открытыми сзади, т. е. акустически прозрачными чашками. В связи с этим появился и новый тип амбушюров — supra-aural (мягкие подушечки), применяемый в открытых наушниках наравне с circum-aural (валики), в отличие от закрытых наушников (только circum-aural).

Следует заметить, что за отсутствие собственных резонансов корпуса-чашки приходится платить достаточно сильным взаимопроникновением звуков из и внутрь наушников. По внешнему периметру амбушюров типа supra-aural неизбежно остается щель, за счет чего обеспечивается вентиляция, что хорошо, но и ухудшается звукоизоляция и уменьшается уровень звукового давления по НЧ — а это уже плохо.

Амбушюры закрытых наушников по определению герметично и плотно охватывают ушные раковины. В смысле звукоизоляции это хорошо, но отсутствие вентиляции может повлиять на утомляемость исполнителя.

Сегодня производители наушников уделяют амбyшюрам не меньше внимания, чем собственно излучателям. Амбyшюры делаются из специальных материалов, как правило синтетических, отвечающих строго определенным физическим и акустическим требованиям. Но не надо забывать — «синтетика» быстрее стареет.

Следовательно, если в профессиональных целях используются открытые наушники, предпочтительнее модели с амбушюрами типа circum-aural. А для «клиентских» наушников лучше подойдут закрытые модели с заменяемыми амбушюрами и коммутационными кабелями.

Что касается последних, то в профессиональных наушниках все чаще используются заимствованные из «хай-энда» технологии: для yменьшения потерь при передаче — проводники из монокристаллической бескислородной меди (LC-OFC), а для yвеличения проводимости в зоне механического контакта — позолоченные разъемы. Однако в профессиональном плане не менее важной является надежность — это может быть усиленная кевларом оболочка или даже пропущенный внутри кабеля стальной тросик. Унять рефлекторные движения рук непросто, уследить за клиентом не всегда возможно, а такой кабель сохранится дольше.

Напоследок давайте обратимся к «обычным», привычным для оценки качества звучания наушников параметрам. Прежде всего, это чувствительность — отношение уровня развиваемого наушниками звукового давления (в децибелах) к подводимой электрической мощности (в милливаттах). Чувствительность наушников тем выше, чем легче мембраны и выше энергия магнитных систем, применяемых в излучателях наушников. Сегодня большинство производителей применяют магнитные системы, выполненные из сплавов железо-неодим или железо-кобальт. Их магнитная энергия на порядок выше обычных магнитов (30…35 МгсЭ против 2,5…3,2 МгсЭ), что позволяет обеспечить высокую магнитную индукцию при значительно меньших габаритах и массе самого магнита. Для производства мембран используются тончайшие полимерные пленки, сочетающие такие свойства, как прочность и податливость. Перспективным является применение композиционных материалов, сочетающих прочность и эластичность (податливость), что делает их более устойчивыми к возникновению радиальных стоячих волн.

При выборе наушников для профессиональных целей не следует пренебрегать таким параметром, как импеданс. Для профессиональных моделей диапазон значений лежит в пределах 200…600 Ом, в результате при высокой чувствительности они могут звучать тише, чем ожидалось. Любопытно, что до середины прошлого столетия полное сопротивление «головных телефонов» на частоте 1000 Гц исчислялось тысячами Ом. Известно, что усилителю удобнее «раскачивать» акустические преобразователи с высоким импедансом. Однако высокий импеданс также является причиной неравномерности амплитудно-частотной характеристики самого излучателя.

Поролоновые накладки

В связи с возросшими требованиями к носителям этот параметр (АЧХ) для современных профессиональных наушников расширился — они должны качественно воспроизводить частоты примерно от 12 до 40 кГц. (Зачем нужен такой широкий диапазон частот, если наши уши слышат до 20 кГц, да и то в ранней молодости, — другой вопрос).

В последнее время некоторые производители стали указывать для закрытых наушников такой параметр, как метод выравнивания АЧХ (equalization).

Выравнивание по свободному полю (free-field equalization) моделирует звучание в открытом пространстве, где нет отражающих поверхностей. Выравнивание по диффузному полю (diffuse-field) моделирует звучание в помещении.

Следует учитывать, что эта методика, хоть и считается более естественной по звучанию, разработана на основе усредненных физических параметров. Поэтому звучание наушников с выравниванием по диффузному полю может оказаться, скажем так, неидеально удовлетворяющим вкус профессионала.

Что касается коэффициента нелинейных искажений, то практически все современные наушники отличаются исключительно низкими величинами этого параметра. Стандартный для акустических систем при уровне звукового давления 90 дБ SPL один процент (1%) в наушниках появляется лишь при уровне 120 дБ. Дело в том, что для создания звукового давления, эквивалентного 100 дБ SPL, гораздо меньшим диффузорам наушников требуется совершить несравненно меньшие, практически линейные по характеристикам «телодвижения».

Выводы

Во-первых, автор предлагает называть «головными телефонами» только электромагнитные звуковые излучатели. Связистам, аудиометристам, военным и радиолюбителям так привычней. А для сотрудников, так сказать, индустрии развлечений пусть останутся «наушники». Предлагается и специальное название для англоязычных коллег: overears.

Во-вторых, автор считает, что выбор наушников, как и любого другого профессионального инструмента, дело сугубо индивидуальное. Интересной представляется перспектива подобрать похожие по звучанию и одинаково комфортные для работы наушники и акустические системы. Единственное, о чем можно пожалеть, — что в отличие от наушников, которые всегда с тобой, многие акустические системы, увы, — «имущество недвижимое».

Источники:

1. Алдошина И. А. Громкоговорители // Звукорежиссер, 2/2002.

2. «Труды института радиоинженеров — ТИРИ», «Иностранная Литература», М., 1962.

3. Члиянц Г. Ретроэтюд начала прошлого века // журнал «Радио-хобби», 6/2002.

4. Каталог ЦМС им.А.С.Попова, С.-Пб, 1995.

5. Вуджат Дж. Настольная книга по громкоговорителям и наушникам, Изд-во Hearnet, 1988.

Нельзя забывать и диджеев. Для них в качестве контрольных мониторов может подойти комплект из двух полнодиапазонных двухполосных АС малой или средней мощности (в отдельных случаях — высокомощные). В клубе также могут быть установлены потолочные и настенные громкоговорители.

Из вышеизложенного понятно, что в мире производится огромное количество АС, отличающихся друг от друга по своей классификации и техническим характеристикам, а также по стоимости и внешнему виду. Почти все они представлены на российском рынке.

Грамотный выбор акустических систем для театров и клубов основывается на определенных знаниях, опыте, электроакустических расчетах и компьютерном моделировании, а также рекомендациях фирм-производителей.