Исследование влияния наушников на слух

В 1953 году была основана Компания Koss Джоном Коссом (John C. Koss).

Начав с бизнеса по прокату телевизионных  приемников в больницах, уже в 1958 году Джон Косс совместно с Мартином Лангом (Martin Lange) (см. рис. №5, электронный носитель №17)  представили новую модель фонографа на Hi-Fi шоу в Миллуоки (США). Но, неожиданно, настоящим хитом стали авиационные наушники, с помощью которых демонстрировались возможности фонографа.

И Джон Косс, выпустив на рынок свою первую модель стереонаушников SP-3 (см. рис. №6, электронный носитель №17), фактически стал основателем мировой индустрии персонального аудио.

В 60-е годы компания Koss уже была законодателем мод в  музыкальной индустрии.

Однако компания никогда не забывала о своих корнях. И к концу 60-х  годов оставалась в числе крупнейших поставщиков наушников для американских ВВС.

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.

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.

II.2 Устройство наушников

Мы также рассмотрели  наушники.

Наушники или головные телефоны (англ. headphone) — устройство для персонального прослушивания музыки, речи или иных звуковых сигналов.

На рисунке 7 (носитель №7) 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).

II.3. Классификация наушников

Наушники принято  классифицировать по нескольким основным критериям, к которым относятся тип акустического преобразователя, стиль ношения и область применения.

По способу  передачи электрического сигнала

1. ПРОВОДНЫЕ — соединены с источником проводом, поэтому могут обеспечить максимальное качество звука (соответственно, имеющие профессиональную направленность наушники относятся исключительно к этому типу);
2. 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

1. Стереофонические — сигналы на каждый громкоговоритель передаются по отдельным каналам (наиболее распространенный тип);
2. Монофонические — имеют два громкоговорителя с общим сигналом, в редких случаях — один громкоговоритель, звук от которого передается как в стетофонендоскопе;

3. 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)

1. Вставные (обиходное название — «вкладыши») — вставляются в ушную раковину;
2. Внутриканальные (обиходное название — «затычки») — вставляются в ушной канал;
3. Накладные — накладываются на ухо;
4. Полноразмерные или мониторные — полностью обхватывают ухо.

По  типу крепления:

1. Оголовье — наушники с вертикальной дужкой, которая соединяет две чашечки наушников;
2. Затылочная дужка — соединяет две части наушников, но располагается на затылке. Основная механическая нагрузка направлена на уши;
3. Крепления на ушах — обычно наушники такого типа закрепляются на ушах с помощью заушины или клипс;
4. Без креплений — они держатся только за счет амбушюров, которые находятся в ушном проходе.

По способу  подключения кабеля

1. Двухсторонние — соединительный кабель подводится к каждой из чашек наушников;
2. Односторонние — соединительный кабель подводится только к одной из чашек наушников, вторая подключается отводом провода от первой, зачастую тот спрятан в дужке. 

По конструкции  излучателя

1. 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 (см. статью «Громкоговоритель»). Электродинамический способ преобразования сигнала имеет множество недостатков и ограничений, но постоянно совершенствующаяся конструкция таких наушников и новые материалы позволяют достигнуть очень высокого качества звука;
2. 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;
3. 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;
4. Изодинамические — тонкая плёночная мембрана, с нанесёнными на неё металлическими токопроводящими дорожками, заключена в решетку из стержневых магнитов и колеблется между ними. См. также «Излучатель Хейла»;
5. Ортодинамические — по принципу аналогичны изодинамическим, но мембрана и магниты имеют круглую форму.

По типу акустического  оформления

1. 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;
2. Полуоткрытого типа (или полузакрытого типа) — обладают многими свойствами открытых наушников, но при этом обеспечивают приличную звукоизоляцию;
3. 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

1. Низкоомные — с сопротивлением от единиц Ом до нескольких сотен Ом;
2. Высокоомные — с сопротивлением от единиц кОм до нескольких десятков кОм.

По типу соединительных разъемов

1. Jack (6.3);
2. Mini-jack (3.5);
3. Micro-jack (2.5) и др.;

II.4. 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.

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.

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 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава III. Ход исследования

III.1. Оценка наушников

 

 

Базовыми критериями при оценке наушников являются качество звучания и удобство.

Как известно, ощущение 3-мерности звукового пространства появляется у нас за счет взаимодействия звуковой волны с головой, плечами и ушными раковинами. В зависимости от направления распространения звук по-разному взаимодействует с ними и изменяет свои фазовые, частотные и амплитудные характеристики. На основе анализа этих изменений наш мозг делает выводы о месторасположении звукового источника.

При прослушивании  музыки через наушники практически  все естественные механизмы человека по локализации звука в пространстве оказываются незадействованными. Наушники одеваются прямо на ушные раковины, поэтому ни голова, ни туловище человека не оказывают влияния на характеристики слышимого звука. Накладные наушники достаточно плотно прижимаются к ушной раковине, в свою очередь, прижимая ее к голове. Такое положение является неестественным для внешнего уха, и ушная раковина, представляющая собой, по сути, пространственное частотное декодирующее устройство, не может определить расположение звукового источника. Если рассмотреть наушники-вкладыши, или, тем более, затычки, то с ними ситуация еще сложнее, поскольку они работают непосредственно в слуховом канале и сложнейшая геометрия ушной раковины вообще не участвует в формировании звукового образа. Все эти обстоятельства приводят к тому, что звуковое поле, передаваемое головными телефонами, как бы заключается «внутрь головы слушателя», а не локализуется в пространстве перед ним, как должно быть в идеале.

Универсальные критерии выбора наушников  — качество звучания и  эргономические свойства наушников.

О качестве звучания говорят следующие признаки:

• чистый звук, без искажений и помех
• глубокие, чёткие басы

Мы попытались оценить качество звучания некоторых наушников для этого необязательно иметь музыкальное образование, но нужно иметь музыкальный слух.

Удобство  наушников заключается в следующих  фактах:

— комфорт — любой дискомфорт будет только усиливаться при длительном ношении. Если это наушники-вкладыши — убедитесь, что они не выпадают из ушей и не доставляют неприятных ощущений. 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.

— настраиваемость — насколько легко оголовье и чашки наушников могут подстраиваться под форму головы пользователя.