Как устроены наушники для телефона
Когда-то давно, на заре своего существования, портативные динамические излучатели встречались только в телефонных трубках. Эти динамики приспосабливались радиолюбителями и для использования в радиоприемниках, но предназначены были, в первую очередь, только для передачи человеческой речи, поэтому не отличались широтой излучаемого диапазона звукового спектра.
Кроме того, первые наушники имели крупные размеры и характеризовались высоким показателем сопротивления, что было важно при использовании с ламповой техникой. С тех пор кардинально ничего не изменилось, но сегодняшние наушники звучат гораздо лучше и стали куда более компактными. Повышение качества звука спровоцировано появлением стандарта Hi-Fi, которым описываются устройства, выдающие звук повышенной чистоты. Что же из себя представляют современные головные телефоны?
Диапазон воспроизводимых частот
Качественные наушники должны иметь определенный диапазон, в котором они могут выдавать звуковые волны. Минимально допустимый частотный диапазон – это слышимые частоты, то есть от 20 Гц до 20 кГц. Если диапазон наушников более узок, то они не смогут воспроизводить часть звука, что обязательно скажется на качестве звучания.
Более качественные и дорогие Hi-Fi и Hi-End наушники имеют более широкий диапазон – от 5 до 25000 Гц, что позволяет им передавать все тонкости и нюансы музыки, наиболее полно ее раскрывая.
Конструкция наушников
По конструкции головные телефоны можно разделить на два основных типа:
- использующие оголовье в форме дуги;
- крепящиеся без оголовья.
К первому типу относятся, как правило, накладные и мониторные наушники, хотя существуют и спортивные вакуумные наушники с оголовьем для лучшей фиксации в ушах. Ко второму типу можно отнести компактные вкладыши и затычки, хотя существуют и небольшие накладные наушники, использующие для крепления на ушных раковинах специальные прищепки.
Делятся наушники и по принципу закрытости:
- накладные телефоны могут быть открытыми и закрытыми за счет наличия или отсутствия щелей в амбюшурах;
- вставные наушники делятся на основании плотности закрытия слухового прохода – вкладыши его не перекрывают, затычки же полностью заполняют собой ушной канал.
Наушники вкладыши держатся в ухе за счет его анатомических особенностей – формы и размера. Если наушники не подходят и вываливаются, то изменить ситуацию можно при помощи поролоновых насадок, но только в небольших пределах – чаще всего в таком случае придется использовать вакуумные наушники. Они располагаются внутри слухового прохода и именуются внутриканальными. Изобретены такие устройства были в конце XX века на основе медицинских устройств для анализа слуха. Сегодня даже такие крохотные наушники могут иметь качество Hi-Fi.
Чтобы повысить комфорт от использования вставных наушников, можно использовать амбюшуры разного диаметра, а также специальные полимерные или поролоновые насадки, благодаря которым динамик будет надежнее держаться внутри уха.
Полноразмерные наушники бывают двух типов: закрытыми и открытыми. Устройства второго типа имеют небольшие вентиляционные отверстия в амбюшурах, которые могут пропускать звуки как наружу, так и внутрь. Это повышает безопасность пользования наушниками вне дома, так как позволяют слышать окружающие звуки. Это полезно и для музыкантов при записи звука – открытые мониторные наушники дают возможность одновременно слушать минус и свой голос.
Закрытые же наушники имеют амбюшуры без отверстий, которые не пропускают звуки извне, одновременно не давая музыке из наушников попадать в окружающую среду. Это позволяет использовать такие наушники для того, чтобы вокруг сохранялась тишина – например, когда хочется смотреть фильмы и слушать музыку, не мешая окружающим.
Динамик
В целом, устройство наушников весьма простое – каждое ухо состоит из динамического излучателя небольших размеров, встроенного в амбюшуру. Вакуумные наушники также имеют дополнительный канал, через который звук попадает прямо в слуховой проход пользователя.
Из-за небольших размеров динамика наушники не имеют свойственных колонкам характеристик – они не делятся на многополосные и широкополосные, не бывают низкочастотными или высокочастотными, так как должны всегда передавать весь возможный звуковой спектр. Кроме того, у наушников нет такого параметра, как активность – в компактном корпусе наушников просто нет места для встроенного усилителя звука. Поэтому наушники всегда используют усилитель, находящийся в источнике звука. Можно также использовать переносной усилитель для наушников, который значительно улучшает качество звучания.
Другие же характеристики динамика свойственны наушникам практически в той же мере, что и колонкам.
Импенданс
Импенданс, или электрическое сопротивление – это один из важнейших параметров любого акустического устройства, так как его несовпадение между звуковыводящим устройством и источником звука может привести к серьезным поломкам техники.
Как правило, мобильная техника – плееры, смартфоны и планшеты – рассчитаны на присоединение наушников с сопротивлением 32 Ом. В таком случае техника полностью раскроется и сможет функционировать максимально эффективно. Иногда можно встретить наушники с сопротивлением от 24 до 40 Ом. Устройства с высоким сопротивлением – это, как правило, мониторные наушники, рассчитанные на профессиональное использование и подключаемые к специальной технике.
Мощность
Вопреки распространенному мнению, мощность никак не влияет на громкость звука, которую способны выдать наушники. Главное, на что оказывает влияние мощность – это надежность наушников, то есть способность выдавать звук без серьезных искажений.
Как правило, даже самые «навороченные» полноразмерные наушники не дотягивают по мощность до простейших портативных колонок – максимум, который можно встретить – это 4 Вт. Чаще всего же встречаются наушники с мощностью 1 – 1,5 Вт. Маленькие вставные наушники и вовсе имеют мощность до ватта – 0,1, иногда 0,2 Вт. Дешевые вкладыши и вовсе имеют мощность около 0,05 Вт.
Чтобы улучшить звучание, можно применять портативные усилители. Они подключаются к источнику звука через USB, а к ним уже подсоединяются наушники через стандартный интерфейс. Мощные наушники можно подключать и к стационарным усилителям.
Кабель
С этой частью конструкции наушников все весьма просто – чем кабель короче, тем звук в наушниках лучше за счет отсутствия заметных искажений и потерь сигнала. Чаще всего длина кабеля наушников составляет 0,8 – 1,2 м, но может доходить и до полутора метров. Большая длина не нужна – как правило, источник звука располагается недалеко от наушников. При необходимости же можно воспользоваться удлинителями, но в таком случае неизбежны помехи, пусть и небольшие.
Если же нужна большая дальность действия, лучше воспользоваться беспроводными моделями. В них вместо кабеля используется приемник сигнала Bluetooth, который вместе с аккумулятором встраивается в корпус наушников. Современные приемники и батареи имеют весьма скромные размеры, поэтому такое устройство не мешает наушникам быть компактными.
Конструкция провода наушников может быть разной. Гарнитура обычно оборудуется кабелем с разной длиной каналов – это сделано для того, чтобы второе ухо можно было перекинуть через шею. Накладные наушники оборудуются традиционным кабелем в форме буквы Y с одинаковой длиной, или же проводом, идущим только к одному уху. У профессиональных наушников встречаются сменные кабеля, которые можно отключать от наушников, или отключать только один канал.
Провод может быть как плоским, так и круглым, всегда покрыт полимерной изоляцией, которая иногда может дополнительно декорироваться шнурованным покрытием. Особенность современных наушников – использование бескислородной меди при производстве, что позволяет существенно снизить степень влияния кабеля на качество звука.
Штекер
В наушниках используется один из трех стандартных джеков – 6,3 мм, 3,5 мм или 2,5 мм. Штекер может иметь прямую или L-образную форму – выбирать можно любой, подключать их одинаково удобно к любой аппаратуре.
Штекер должен максимально подходить к используемому разъему. На джеке может быть от одного до 4 колец, исполняющих разные функции. Один или два передают звук с фронтальных каналов, третий отвечает за микрофон в гарнитурах, четвертый – это заземление. Наушники с 4 кольцами предназначены, как правило, для использования с телефонами.
Таким образом, устройство наушников весьма простое, и подобрать наиболее подходящую конструкцию несложно. При необходимости наушники легко разобрать и перепаять, но имеет смысл такая операция только в том случае, если наушники дорогие – дешевые капельки проще выкинуть и купить новые.
Другие статьи раздела Наушники: устройство, характеристики
Важные характеристики наушников
Пожалуй, сегодня нет ни одного человека – по крайней мере, относительно молодого – который ни разу в жизни. 4630
Амбушюры для наушников
Наушники – это компактные устройства, которые используются в самых разных ситуациях. Зачастую их. 84809
Проанализировав вопросы, возникшие после статей о ремонте наушников, привели меня к тому, что нужно более подробно рассказать об устройстве и ремонте наушников для телефона, плеера и компьютера. Если по ходу статьи у Вас все же будут возникать вопросы, обратите внимание на предыдущие две статьи, это ремонт наушников для компьютера и ремонт наушников с микрофоном. Возможно, в них Вы найдете ответы на вопросы, которые здесь не затрагиваются.
Конструктивно наушник состоит из корпуса и электромагнитного механизма. В свою очередь электромагнитный механизм сделан из катушки, мембраны и магнита.
Катушка представляет собой каркас, прикрепленный к мембране, на который намотана тонким медным проводом обмотка, имеющая сопротивление в пределах 20–120 Ом. К выводам обмотки катушки подается напряжение от источника звукового сигнала, например, плеера.
Внутри катушки находится постоянный магнит, прикрепленный к основанию корпуса. Между каркасом катушки и магнитом имеется зазор, и получается, что катушка легко перемещается вдоль магнита вверх – вниз.
Теперь, если к выводам наушника подать напряжение звукового сигнала, вокруг катушки возникнет магнитное поле, которое взаимодействуя с полем магнита, будет меняться в зависимости от полярности и мощности звукового сигнала. При этом магнитное поле будет перемещать катушку вверх-вниз относительно магнита, а, следовательно, и мембрану, которая колеблясь, будет создавать звуковые волны, а мы, в свою очередь, уже слышим их как музыку или речь.
1. Наушники для телефона и плеера.
Все наушники устроены одинаково, с той лишь разницей, что к некоторым добавляется микрофон или регулятор громкости. Для начала, давайте рассмотрим самые обыкновенные, без каких либо регуляторов и прочее, т.е. два уха и штекер. Такие наушники используются в плеерах и в простых моделях мобильных телефонов.
Внутреннее устройство штекера (джека) так же показано условно, но именно таким образом провода распаиваются внутри него.
Здесь видно, что красная и зеленая жилки, идущие от контактов левого и правого наушника, являются основными, и, заходя в штекер, припаиваются отдельно к каждому внутреннему контакту штекера, связанного с внешним контактом, вставляемым в гнездо плеера или телефона.
А вот синие жилки соединяются вместе, и являются «общим» или «минусовым» контактом. То есть получается, что относительно «минуса» сигнал от усилителя звуковой частоты левого и правого каналов подается на основные жилки левого и правого наушника. Таким образом, мы получаем стереофоническое звучание.
Теперь, даже если у Вас будут оборваны все провода, но зная схему, Вы сможете без труда восстановить полюбившиеся наушники. Просто берете от каждого уха по одной жилке и соединяете вместе – это будет «общий», а два оставшихся будут основными – левым и правым каналом. Ниже приведена стандартная принципиальная схема самых обычных стереофонических наушников.
Если Вы дружите с измерительными приборами, например, мультиметром, то определить в каком месте произошла неисправность и ее характер, вообще не составит труда.
Вначале представим наушники в виде двух катушек, имеющих какое-то сопротивление. Переводим мультиметр в режим измерения сопротивления, и относительно «общего» контакта штекера производим измерение сопротивления катушек левого и правого наушников. Если наушники целы, то показания мультиметра будут одинаковы и находится в пределах от 20 –120 Ом.
А вот когда сопротивление одной из катушек наушника не определилось, или сильно отличается, то здесь поступаем следующим образом.
Фиксируем щупы мультиметра на «общем» контакте штекера, и контакте предполагаемой неисправной катушки. Аккуратно гнем шнур перед входом в штекер и в корпус наушника, следя за показаниями мультиметра. В каком месте показания будут скакать, значит это и есть поврежденное место. Теперь осталось только устранить неисправность, и наслаждаться стереофоническим звучанием.
Но бывают и тяжелые случаи, когда ты мнешь шнур, а реакции никакой. Вот тогда приходится все последовательно разбирать, и искать поврежденное место.
У кого нет измерительного прибора, поступаете следующим образом: вставляете штекер наушников в гнездо плеера или телефона, включаете музыку и также гнете шнур. Где музыка будет прерываться, или слышны щелчки – это и есть поврежденное место.
Также встречаются наушники, где вместо обычных проводов производитель ставит экранированный провод. Здесь экран (оплетка) используется и как «общий» и как защита от наводок, а внутренняя жила используется как основная.
Здесь от каждого уха выходит одинарный экранированный провод, который заходит в небольшой пластмассовый или резиновый корпус произвольной формы, соединяется в схему, и выходит к штекеру уже двойным экранированным проводом.
Существует другой тип наушников, используемый для более серьезной гарнитуры. Вот тут всех, кто пытается самостоятельно отремонтировать наушники, поджидает засада в виде микрофона, переменного резистора и микропереключателя. Хотя если разобраться, то на самом деле страшного ничего нет для того, кто знает, как устроены простые наушники.
Как правило, эти элементы редко выходят из строя, быстрее покупается новый телефон, но все же, для общего развития, попробуем разобраться, что к чему. Возьмем, например, гарнитуру марки ALCATEL, здесь как раз имеется весь набор.
Сначала разберем работу звукового тракта.
С левой стороны платы припаяны три жилки, приходящие от наушников, которые дорожками, обозначенные красными линиями, идут к двум ножкам переменного резистора. От двух других ножек резистора, уже черными линиями, дорожки уходят в сторону штекера.
Микропереключатель немного мешает, так как закрывает видимость прохождения дорожек, но выпаивать его я не стал, и Вам не советую. Просто берете мультиметр и вызваниваете их от начала до конца. Дорожка «минуса» или «общий» проходит через всю плату, нигде не обрываясь.
Теперь если к гарнитуре подать звуковой сигнал, то дорожками, обозначенными черными линиями, он приходит на резистор, а двумя красными линиями, выходя с резистора, уходит к наушникам. Здесь применяется сдвоенный переменный резистор, чтобы можно было слышать стереофоническое звучание, поэтому у него пять ножек: две – вход, две – выход, и одна – общая (минус).
Хотя у обычного сдвоенного переменника их шесть, но в целях миниатюризации и экономии материала, по одной ножке от каждого резистора объединяют в одну, так как по схеме их все равно соединяют вместе.
Чтобы Вам было более понятно, привожу принципиальную схему звукового тракта с соблюдением всех цветов использованных на рисунке выше.
Как видите, три из пяти жилок, уходящего кабеля к штекеру (джеку) мы определили без труда, и следующим этапом разберемся в оставшихся двух.
Внимательно смотрим на плату, и видим, что от ножек микропереключателя идут две дорожки, проходящие через два конденсатора и микрофон. Здесь получается, что все четыре элемента включены параллельно, и если нажать кнопку микропереключателя, то вся цепь замкнется накоротко и выключит микрофон из работы.
Отсюда получается вывод, что в момент разговора, если вы хотите слышать собеседника, то необходимо отключать микрофон нажатием кнопки. Привожу принципиальную схему тракта микрофона и микропереключателя.
Теперь я думаю, что Вы точно разберетесь, когда возникнет проблема с любимыми наушниками. Описанным способом можно отремонтировать наушники любой навороченности и сложности.
2. Наушники с микрофоном для компьютера.
После того, как Вы разобрали наушник, в котором установлен микрофон, в глаза бросается клубок проводков, уходящий к регулятору громкости. Вначале разберем звуковой тракт.
Из этого уха выходит черный кабель с двумя жилками (2) и (3). Жилка под номером (2) – это «минус», «общий» или GND, а под номером (3) – основная или вход правого канала.
Так вот, этот кабель, приходя от правого наушника жилкой (2), припаивается к одному из контактов катушки левого наушника и с этого же контакта уходит к регулятору громкости, но уже пятижильным кабелем. Жилка с номером (3), являющаяся основной или входом правого канала, уходит на регулятор, поэтому она сразу соединяется пайкой с жилкой (4) пятижильного кабеля.
Со второго контакта катушки наушника жилка с номером (1), являющаяся основной или входом левого канала, также сразу уходит пятижильным кабелем на регулятор. Чтобы Вам было более понятно, привожу рисунок звукового тракта, ссылаясь на фото выше.
Звуковой тракт разобрали, и теперь в левом наушнике осталось разобраться всего лишь с двумя жилками, приходящими от микрофона. Их легко заметить, так как они сразу припаиваются на две оставшиеся жилки пятижильного кабеля, идущего к регулятору громкости.
Здесь есть один момент, который надо знать. Так как микрофон имеет полярность подключения, у него есть «плюс» и «минус», поэтому, если случится так, что Вы не запомнили какой куда, расстраиваться не нужно. Припаиваете провода, собираете наушники, подключаете их к компьютеру, выходите, например, в Скайп, запускаете мастера.
Если Вас не слышно, значит, разбираете регулятор громкости в месте, где пятижильный кабель заходит от левого уха, находите две жилки микрофона и меняете их местами. Одна жилка будет сидеть на дорожке «минуса» или «общей», а вторая будет припаяна к дорожке, приходящей к выключателю.
В любом случае, всегда ориентируйтесь по цвету проводов.
В процессе эксплуатации наушников для компьютера возник один недостаток, который надо устранить. Если Вам пришлось резать пятижильный кабель, то перед распайкой жил, обязательно завяжите его узлом как показано на картинке ниже.
Еще один совет. Никогда не жгите провода огнем, чтобы снять с них слой лака. Делать это надо ножом, наждачной бумагой или горячим жалом паяльника. Слой лака на жилках от гарнитуры для наушников лучше всего снимать паяльником.
Возьмите деревянный брусок, можно обыкновенный лист ксероксной бумаги, хорошо облудите жало паяльника, отрежьте размохрившийся кончик жилки. Теперь кладете провод на приготовленную поверхность, а сверху на него жало паяльника. Через 3-4 секунды начинайте аккуратно вытаскивать проводок из-под паяльника, слегка придавливая его жалом.
Все. Провод хорошо облужен.
Если с первого раза не получилось, повторите процедуру еще раз.
С момента появления первых наушников, их устройство кардинально не изменилось. Улучшилось лишь качество звучания, расширились возможности и поменялся внешний вид — аксессуар стал более компактным. Сегодня ассортимент всевозможных наушников и гарнитур позволяет выбрать модель в соответствии с индивидуальными запросами. Что же представляет собой данный аксессуар?
Устройство наушников, их основные компоненты
Различают две основные разновидности конструкции наушников:
Кроме этого, аксессуар подразделяется по степени закрытости.
Вне зависимости от вида наушники устроены практически одинаково и состоят из следующих компонентов:
- Штекер. Представляет собой переходник между устройством воспроизведения и динамиками.
- Провод. Предназначен для передачи электрического колебаний в динамики.
- Динамики. Встроены в корпус. Получая сигнал, создают акустические колебания и передают звук в ухо.
СПРАВКА! Существуют и беспроводные модели. Сигнал на них подаётся посредством доступных радиочастот. Чем ближе источник сигнала, тем лучше его качество.
Принцип работы
Специфика работы акустического устройства проста. Магнит, прикреплённый к корпусу создаёт магнитное статическое поле, в пределах действия которого размещается катушка. На неё подаётся переменный ток от воспроизводящего устройства.
Разница между переменным и статическим напряжением способствует движению катушки, которое передаётся на мембрану. Последняя, в свою очередь, повторяет движения катушки. Эти колебания и воспринимаются как звук.
СПРАВКА! Принцип воспроизведения в полноразмерных аксессуарах и в так называемых капельках несколько различается. Последние имеют на катушке якорь, который воспринимает её колебания и передаёт их на мембрану посредством жёсткого соединения.
Современные наушники хорошего качества способны передать звук широкого диапазона частот — от 5 до 25000 Гц.
Фактически все наушники устроены одинаково, если какие-то различия и существуют, то они скорее связаны с элементами устройства и используемыми материалами, но не с конструктивной схемой.
Таким образом, любой наушник устроен, как и все гениальное, достаточно просто. В первую очередь это некий корпус, в котором закреплено электромагнитное устройство, состоящее из катушки, гибкой мембраны и постоянного магнита.
Катушка обычно представляет собой определенный каркас, который закрепляют на гибкой мембране. На каркасе имеется обмотка из тонкой медной проволоки, причем сопротивление этой обмотки должно соответствовать определенному стандарту. Оно должно находиться в пределах 20 – 120 Ом. В последнее время в мире намечается переход на стандарт 50 – 600 Ом.
На выводы этой катушки и подается переменное напряжение от источника звуковых колебаний.
Постоянный магнит расположен внутри катушки, и между ним и собственно катушкой обеспечен гарантированный зазор, который позволяет катушке беспрепятственно перемещаться вдоль оси. При поступлении на выводы катушки сигнала в виде переменного напряжения, модулированного частотой звуковых колебаний, в катушке наводится соответствующее переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, взаимодействуя с постоянным магнитным полем магнита, заставляет колебаться мембрану, поскольку последняя жестко закреплена на каркасе катушки.
Далеко не так просты наушники
Таким образом устроены практически все наушники для телефонов, но на этом этапе начинаются иные различия. И они достаточно существенны. Так, к примеру, на качество звучания влияют и чистота меди, из которой выполнены провода, и качество пайки контактов, и наличие золочения на контактных парах, а уж если говорить о симметричности наушников, то в топовых моделях они калибруются и подбираются практически вручную, чем и обусловлена крайне высокая цена.
Не меньшее внимание изготовителей наушников привлекает и скоба оголовья. Это внешне несложное устройство испытывает постоянные переменные нагрузки, к тому же оно должно обеспечивать оптимальный охват и необходимое, и в тоже время, комфортное сжатие.
Отдельных слов заслуживают специальные наушники для компьютерных игр, которые уже сегодня оснащаются тремя динамиками каждого канала, имеют имитатор сабвуфера и передают звук по фронтальным, тыловым и боковым каналам.
Читайте также: