Арматурные, динамические и гибридные акустические системы: различия, преимущества и недостатки

С тех пор как мобильные телефоны, смартфоны и портативные плееры стали обыденностью, с огромной скоростью начал развиваться и рынок внутриканальных наушников. Внутриканальные наушники отлично подходят для прослушивания музыки вне дома: на улице, в транспорте или в иных случаях, когда использование полноразмерных наушников неудобно или невозможно.

При этом современные внутриканальные наушники обеспечивают превосходное качество звучания, у многих начинающих меломанов это вызывает удивление – как из такого маленького корпуса может раздаваться столь хороший звук?

Я расскажу вам о том, как работают технологии для создания звука в столь миниатюрных наушниках: арматурные драйверы и динамические, а также гибридные акустические системы.

Вернуться к содержанию

Устройство динамического драйвера

Динамический драйвер по принципу работы ничем не отличается от драйверов, устанавливаемых в колонках. Его единственное отличие – миниатюрный размер.

Рассмотрим принцип работы динамического драйвера.

Сердцем конструкции является кольцевой магнит, полюса которого располагаются с его плоской стороны. Для того, чтобы была возможность точного воздействия на магнитное поле, которое он излучает, плоские стороны магнита закрываются магнитомягким металлическим листом, в точности повторяющим габариты магнита. Теперь магнитное поле не просто существует вокруг магнита, но проходит по металлическим листам, которые стали играть роль магнитопровода.

У нас получился тор с центральным отверстием. Для того, чтобы ещё больше сконцентрировать магнитное поле, в центр поместим стальной цилиндр, диаметр которого на некоторую величину меньше, чем диаметр внутреннего отверстия.

Теперь самое главное – в щель между цилиндром и магнитом мы помещаем катушку индуктивности. Теперь, если мы хоть чуть-чуть изменим подаваемое напряжение, катушка, находящаяся в магнитном поле, очень быстро и точно на это среагирует, изменив своё положение.

Всё это время я описывал принципиальную схему, которая показывает физические принципы, на которых основана работа любого динамического драйвера.

Чтобы превратить принцип в прибор, совершим несколько дополнительных действий.

Крепко закрепим катушку индуктивности и центральный цилиндр между собой. К цилиндру прикрепим конус, который выполнен из полимерной плёнки. Некоторые компании, производящие динамические драйверы, экспериментируют и создают конусы из иных материалов, например, кевлара, металлической фольги или синтетических композитных материалов.

Центральный цилиндр не закреплён, он находится внутри магнитного поля и во время работы может задеть магнит, чем вызовет выход из строя всей конструкции из-за клина. Для того, чтобы этого избежать, вставляется специальная центрирующая шайба, не дающая центральному цилиндру соприкоснутся с магнитом. Диффузор также крепится по внешней стороне к корзине, к которой прикреплён и магнит, с помощью диффузородержателя.

Осталось закрыть центральное отверстие в диффузоре куполом, который служит одновременно излучателем звука высокой частоты и защитным колпачком, предотвращающим попадание внутрь устройства пыли и мелкого мусора.

Драйвер готов к работе.

Электрический ток от усилителя мощности протекает через звуковую катушку драйвера (тонкий цилиндр с намотанной на него проволокой конкретной длины). Он генерирует магнитное поле вокруг звуковой катушки, которое расширяется и сжимается на той же частоте, что и аудио сигнал. Звуковая катушка подвешена в постоянном магнитном поле, которое создается магнитами в драйвере. Это постоянное магнитное поле взаимодействует с магнитным полем звуковой катушки, поочередно перемещая её назад и вперед. Поскольку катушка крепится к конусу драйвера (диффузору), это магнитное взаимодействие тянет его назад и вперед, создавая звук.

Казалось бы, конструкция довольно проста, изящна и надёжна, но, как и у любого инженерного изделия, у неё есть свои достоинства и недостатки.

Преимущества динамического драйвера

Больший ход мембраны, по сравнению с арматурным драйвером, а значит, большая громкость и более мощные низкие частоты
Простота конструкции
Меньшие требования к качеству усилителя
Воспроизведение всего слышимого диапазона частот
Универсальность
Большая, по сравнению с арматурным драйвером, мощность

Недостатки динамического драйвера

Неравномерность АЧХ
Большие, чем у арматурного драйвера, нелинейные искажения
Центральный цилиндр и диффузор имеют заметную массу, и поэтому драйвер имеет худшую детализацию звука из-за инерции, которую приходится преодолевать при каждом полном цикле колебания диффузора.
Каждый динамический драйвер имеет собственный голос. Собственный голос драйвера — при резком снятии напряжения возникает колебательный процесс, возвращающий диффузор в его положение покоя. Частота, на которой будут происходить колебательные процессы, является частотой собственного резонанса динамической головки, а скорость затухания этих колебаний называют «водопадом». У арматурного драйвера этот эффект не заметен и на звук не влияет.

Вернуться к содержанию

Арматурный драйвер

Арматурный драйвер имеет иную конструкцию, он гораздо более миниатюрный, что позволяет использовать как один, так и несколько драйверов одновременно в одном корпусе наушника.

Рассмотрим принципы его работы.

Звуковая катушка арматурных наушников располагается вокруг металлической «П-образной» пластины, которую называют якорем. Его размещение строго центруется по отношению к электромагнитному полю и проходит вдоль оси. Под действием электрического сигнала магнитное поле приводит в действие якорь, а тот, в свою очередь, вызывает движение миниатюрной мембраны, колебания которой мы и слышим.

Благодаря подобной конструкции драйвер во время работы создаёт гораздо меньше искажений изначального сигнала, т.к. инерция мембраны столь мала, что ею можно пренебречь, на звук она не влияет. Звук получается очень точным, ясным и детальным.

Но есть и недостатки конструкции – вследствие весьма ограниченного размера корпуса драйвера, внутри которого создаётся звук, низкие частоты звучат гораздо более скромно и менее мощно, чем в исполнении динамического конкурента. И для компенсации этого эффекта производители используют сразу несколько драйверов в одном корпусе, имеющих разный объём акустической камеры, для того, чтобы они воспроизводили разные звуковые частоты и общий результат был более полным и естественным.

Преимущества арматурного драйвера

Чёткий, точный, детальный звук.
Один драйвер не может полноценно воспроизвести весь слышимый диапазон звуковых частот. Да, на рынке присутствуют однодрайверные наушники, но низкие частоты в их исполнении звучат не так глубоко, ёмко и мощно, как у многодрайверных моделей либо у наушников с динамическим драйвером.
Нейтральный частотный баланс, как правило, у однодрайверных моделей нет ярко выраженного акцента на каком-либо участке слышимых звуковых частот.
Благодаря миниатюрному размеру и прямоугольной форме можно разместить несколько драйверов даже внутри небольшого корпуса наушников, где за счет количества излучателей производится расширение частотного диапазона и увеличивается порог максимального уровня звукового давления.
Однодрайверные системы развивают большую чувствительность при большем значении сопротивления, чем динамические, а значит, звук получается более чистым и точным.
Благодаря более высокому сопротивлению и сопоставимой чувствительности к напряжению против динамических наушников, для арматурных наушников требуются усилители с меньшей мощностью.

Недостатки арматурного драйвера

Меньший ход мембраны, по сравнению с динамическим, вследствие чего меньше максимальная громкость и не столь интенсивные низкие частоты. Для борьбы с этими недостатками производители используют сразу несколько драйверов в одном корпусе.
Меньшее звуковое давление
Нелинейная зависимость значения сопротивления от частоты воспроизводимого звука. Обычно, чем выше частота, тем выше значение сопротивления.
В многодрайверных наушниках кривая импеданса может быть практически любой, сопротивление может в определенных участках падать до 4-5 Ом в зависимости от модели, и из-за этого многодрайверные наушники могут быть критичны к усилителям для наушников.
Многодрайверные наушники дают широкий частотный диапазон, хорошую перегрузочную способность, но раскрыть все это великолепие может только хороший усилитель.
Звуковая сцена хуже, чем у динамических моделей из-за большого количества переотражений звуковой волны внутри корпуса драйвера.

Вернуться к содержанию

Гибридная система

Как я рассказал выше, ни динамический, ни арматурный драйвер не может обеспечить идеальное звучание, каждой технологии присущи свои недостатки. А что, если объединить в одном корпусе оба типа излучателя? Тогда мы будем использовать сильные стороны каждого типа, а негативные явления маскировать, что приведёт нас к почти идеальному варианту звучания.

Благодаря этой простой идее появились гибридные наушники, внутри которых используется одновременно динамический и арматурный драйвер, а в некоторых моделях сразу несколько арматурных драйверов.

И, действительно, такой подход позволил получить весьма эффективные наушники, которые одновременно могут воспроизводить глубокие и мощные низкие частоты, за которые отвечает динамический драйвер, и чистые и детальные средние и высокие частоты, которые воспроизводит драйвер с уравновешенным якорем.

И, казалось бы, вот оно – счастье. Но тут суровая реальность снова начала вставлять палки в колёса, и палки эти называются кроссовер или разделение частот.

В гибридных наушниках каждый драйвер воспроизводит лишь часть диапазона слышимых частот, и лишь их совместная работа позволяет получить полный слышимый спектр. Вся сложность заключается в том, чтобы эффективно разделить частоты между драйверами и при этом не получить провала по АЧХ на месте стыка частот между драйверами. Даже если каждый драйвер сам по себе работает хорошо, то провал на месте пересечения их частотных обязанностей испортит всю звуковую картину, или возможно получить не провал, а подъём по громкости, что тоже ничего хорошего не сулит.

Сложность при выборе любых наушников заключается в том, что их нужно обязательно слушать перед покупкой, т.к. ни график АЧХ, ни технические характеристики вам ничего не скажут об их истинном звучании.

Но зато если найти удачную модель, наушники смогут радовать вас сбалансированным, но при этом мощным и энергичным звуком, расстаться с которым не будет никаких сил и желания.

Преимущества гибридных наушников

Воспроизведение всего слышимого спектра звуковых частот.
Благодаря динамическому драйверу низкие частоты будут мощными и энергичными. Благодаря тому, что нагрузка на динамический элемент снижена, ведь ему не нужно воспроизводить ни средние, ни высокие частоты, бас будет детальным и чистым.
Благодаря одному или нескольким драйверам средние и высокие частоты будут звучать очень детально, быстро, максимально естественно и ровно.

Недостатки гибридных наушников

Наличие драйверов с уравновешенным якорем повышает требование к качеству усилителя.
Требуют серьёзной инженерной работы при проектировании, особенно при настройке кроссоверов. В некоторых случаях добиться эффективной работы не удаётся, и наушники субъективно звучат хуже, чем чистые динамические или арматурные модели. В некоторых случаях это происходит потому, что одну и ту же звуковую частоту воспроизводят два типа драйверов одновременно, из-за чего звук перестаёт воспринимается естественным, к счастью, далеко не все слушатели это замечают.

Вернуться к содержанию

Субъективное сравнительное прослушивания наушников трёх типов: с динамическим драйвером, с арматурным драйвером и гибридной конструкции

Мы разобрались с основными техническими различиями наушников с разной системой драйверов, но какие из них лучше? Какие наушники выбрать и на какие критерии опираться?

Звук человеком воспринимается очень субъективно, поэтому, если вы решили подобрать идеальные для себя наушники, их придётся слушать лично.

Да, между динамическими, арматурными и гибридными наушниками есть разница, которая обусловлена кардинально различной технологией изготовления звуковоспроизводящих драйверов, однако, любая технология имеет как достоинства, так и недостатки. Кому-то больше нравится мягкое звучание динамических наушников, а кто-то любит слышать очень детальный, но чуть сухой звук арматурных наушников.

На примере трёх наушников я попробую описать разницу в звучании между ними и дать вам опору для личных изысканий.

Для примера я буду использовать следующие наушники:

Арматурная модель – Weston W60
Гибридная модель – Simgot EM5
Динамическая модель – HIFIMAN RE800

В качестве музыкального материала выступит трек Hans Zimmer – Time (From Inception) с качеством записи 24/96.

Westone W60

Weston W60 это арматурные наушники, в которых используется блок из 6 драйверов в каждом корпусе. Благодаря разделению звуковых частот между ними удалось значительно снизить нагрузку на каждый драйвер в отдельности, что позволило получить ровное и чистое звучание без заметных пиков или искажений.

При прослушивании трека Hans Zimmer – Time ощущается масштаб звука, на эмоциональном уровне происходит мгновенный отклик, словно слушаешь живое выступление.

Основным отличием арматурных драйверов от динамических является очень высокий уровень детализации, они не смазывают мельчайшие детали, которые даже хорошие динамические драйверы смягчают из-за особенностей конструкции. В нашем примере, если вслушаться в звучание струнных инструментов, очень чётко слышна вибрация от струн, в то время как динамические наушники мельчайшую вибрацию немного смазывают, делая звучание мягче и теплее. Это ни хорошо, ни плохо – это особенность, которая для кого-то может стать идеальным вариантом, а для кого-то неприятным сюрпризом.

В W60 отлично ощущается телесность звука, очень хороший динамический диапазон, который превосходит подавляющее количество конкурентов, в том числе EM5 и RE800, это хорошо заметно в ситуациях, когда инструменты на доли секунды замолкают, а потом обрушивают на слушателя новый аккорд, в эти моменты W60 эффективно передают энергию звука, что в значительной степени влияет на эмоциональное восприятие человека.

Для того, чтобы мой отзыв о W60 не был излишне позитивным, отмечу, что в звучании мне немного не хватило ощущения объёма сцены, звук хотелось выпустить на свободу, чтобы он летал и кружил вокруг меня, в то время как он находился строго внутри воображаемого помещения, где находятся музыканты. Наушники EM5 с этим справились эффективнее.

Также W60 нельзя назвать светлой моделью, звук более приземлённый, слегка тёмный, но при этом быстрый и динамичный.

Simgot EM5

Simgot EM5 – это гибридные наушники, внутри располагаются 4 арматурных драйвера (по 2 драйвера, объединённые в тандем, отрабатывающие высокие и средние частоты) и один динамический. Такое сочетание позволяет взять лучшее из обоих технологий: динамический драйвер эффективнее и приятнее играет на низких частотах, а арматурные драйверы работают на средних и высоких частотах. Таким образом, удаётся избежать недостатков и подчеркнуть положительные стороны.

На практике это удается не всегда, не стоит быть уверенным в том, что если производитель указал в спецификации об использовании гибридной системы, то и звук будет априори лучшим из лучших. Основная сложность заключается в грамотном разделении частот звука между драйверами, и далеко не всем компаниям удаётся решить этот вопрос полностью. Ярким примером неудачной попытки сделать это являются недорогие наушники Xiaomi Hybrid Headphone HD, в них явно ощущается большой провал на стыке между динамическим и арматурным драйвером.

В случае с EM5 всё получилось удачно, на слух я не обнаружил никаких проблем с согласованием драйверов между собой, напротив, наушники звучат весьма уверенно и стабильно.

При прослушивании трека Hans Zimmer – Time я обнаружил, что EM5 смогли воспроизвести его с гораздо более светлым характером, нежели W60, не теряя при этом в детальности и микродинамике. При этом, что меня несколько удивило, даже несмотря на использование отдельного динамического драйвера для низких частот, акцента на них нет, даже W60 смогли сыграть бас более глубоко и напористо, а ведь там нет динамического драйвера.

При этом, если послушать Simgot EM5 несколько минут, слух адаптируется к их особенности воспроизведения звука, и всё становится на свои места. Звучание кажется сбалансированным и аккуратным, даже слегка осторожным, особенно это касается сложных моментов при воспроизведении.

Без сомнения можно сказать, что Simgot EM5 являются наушниками с чистым и светлым звуком. Их приятно слушать, они совершенно не напрягают слух и даже после нескольких часов прослушивания музыки вы не устанете от их звучания. При этом, надо признаться, в сравнении с W60 они проигрывают в ощущении телесности звука, его наполненности и энергии подачи. Мелодия звучит приятно и убедительно, но на эмоциональном уровне этот трек цепляет не так, как в W60, где кожей ощущаешь трагичность и безысходность за счёт большей энергии, ощущения глубины и проработки звука, и, скорее всего, в моём случае это произошло за счёт большего акцента на низких частотах W60.

HIFIMAN RE800

HIFIMAN RE800 – это динамические наушники с одним драйвером в каждом корпусе. Из особенностей следует отметить технологию “Topology Diaphragm” — нанесение на поверхность диафрагмы излучателя наночастиц из различных материалов, которые формируют на ней геометрические узоры. Это необходимо для придания мембране определённой жёсткости при минимальном весе и толщине, чтобы предотвратить возникающие при работе искажения.

Сразу, как вы наденете RE800, вы услышите их отличие от W60 и EM5, звук другой. Главное, что слышится, – совершенно иной характер, звук более мягкий, тёплый, при этом он слегка потерял в микродинамике, но приобрёл характерный для подобных наушников лёгкий акцент на низких частотах. Конечно, надо учитывать и акустическую камеру, которая в случае с RE800 очевидно настроена и сделана так, чтобы звук был приятен большинству людей, т.е. есть лёгкий акцент на низких частотах и лёгкое, еле заметное переотражение звука внутри наушников. Это не дефект, это целенаправленная работа инженеров, которая была проделана для того, чтобы наушники звучали эффектно, и это удалось.

RE800 я могу назвать самой универсальной моделью, они не такие светлые, как EM5, и не такие напористые и агрессивные, как W60. Они – золотая середина, которая одновременно обеспечивает достаточную детализацию, мягкость и деликатность подачи звука.

При прослушивании Hans Zimmer – Time RE800 отлично справились с передачей эмоций, а это главное требование к любым наушникам. Да, они потеряли в микродинамике и детализации относительно арматурных моделей, но при этом приобрели мягкость и теплоту динамических наушников.

Также не могу пройти мимо миниатюрности корпуса RE800, он меньше, чем у EM5 и W60, что для многих может стать решающим фактором при выборе наушников при прочих равных.

Если вам нравится мягкое, чуть тёплое и слегка приглушённое звучание, тогда RE800 это то, что вам нужно.

Вернуться к содержанию

Заключение

Каждая технология создаётся для решения конкретной задачи, этот принцип распространяется и на драйверы для наушников. Арматурный драйвер прекрасно справляется с максимально точной передачей звука, пусть иногда в жертву приносится красота и лёгкость восприятия музыки. Динамический драйвер более прост и универсален, в то же время позволяет добиться мягкости звука, пусть и немного потеряв при этом мельчайшие детали и некоторые нюансы.

Звук – это субъективное восприятие прежде всего, нет математических моделей или методов измерения звучания наушников, по которым бы можно было сказать, хорошие они или нет, не послушав их. А потому каждый меломан выбирает для себя те наушники, которые нравятся ему больше всего.

Будь то драйвер с уравновешенным якорем или выполненный по традиционной технологии – только личные впечатления имеют значение.

Вернуться к содержанию