Головные телефоны пространственного звучания
категория
Из мира электроники
Р. КУНАФИН, г. Москва
Радио, 1998 год, №4
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 звукопереда-ча 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 названия. (2)
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 го-ловы", хорошо имитирующих пространственную панораму, либо создание сложной цифровой модели функций наружного уха, но с обязательной частотной коррекцией в обоих случаях (причем индивидуальной!). Понятно, почему зти 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 двух-микрофонной 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 к статье
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.