Драйверы в наушниках: какие бывают и для чего нужны?

Заядлому меломану не надо объяснять, какую роль играет драйвер в наушнике. А вот начинающему аудиофилу разобраться в этом просто необходимо. По сути, это главный элемент гарнитуры. От него зависит не просто качество звучания, но и диапазон частот, тональность мелодии на выходе, правили эксплуатации аудиодевайса. Рассказываем о динамических, арматурных, планарных и электростатических излучателях в наушниках и их особенностях.

Содержание:

• Что такое драйвер (излучатель) и зачем он нужен?
• Динамические излучатели
• Арматурные излучатели
• Планарные излучатели
• Электростатические излучатели
• Размер драйвера – важен или нет?

Что такое драйвер (излучатель) и зачем он нужен?

Если коротко, драйвер нужен, чтобы превратить электрический сигнал в слышимый звук. Когда аудиосигнал поступает по кабелю или через беспроводной модуль, он попадает в небольшой электромеханический узел, где изменения напряжения превращаются в колебания мембраны (дифрагмы). Мембрана – тонкая, подвижная пластина – вибрирует в такт сигналу, создает колебания воздушного давления, и мы слышим музыку. Помимо самой диафрагмы, в конструкции есть крепления, подвесы, катушка или токопроводящие дорожки, магниты или электроды – все это вместе и называется драйвером. Его задача – максимально быстро и точно повторять форму входного сигнала, а от этого зависят частотный диапазон, уровень искажений, чувствительность, объем сцены и способность воспроизводить сложные музыкальные переходы.

Существует четыре основных типа излучателей: динамический, арматурный, планарный и электростатический.

Динамические излучатели

Динамический драйвер – самый распространенный тип. В его центре расположена цилиндрическая звуковая катушка с намотанной проволокой. На катушку подается переменный ток, из-за чего вокруг нее возникает магнитное поле. Катушка помещена в зазор мощного постоянного магнита, и их поля начинают взаимодействовать. По силе Лоренца катушка движется вперед-назад, а вместе с ней колеблется легкая мембрана. Диафрагма зафиксирована на эластичном подвесе и центрирующей шайбе, чтобы ход оставался строго осевым. Максимальный размах движения называется экскурсией – он определяет способность драйвера воспроизводить глубокий бас.

Материал диффузора – ключевой фактор. Инженеры стремятся сделать его легким, чтобы уменьшить инерцию, но при этом достаточно жестким, чтобы избежать «разрывов» и посторонних дребезжащих звуков. В динамических системах часто применяются бумага, композитные полимеры, металлы или многослойные композиции. А еще для динамических «ушей» и акустик актуальна такая вещь, как прогрев. Это когда вы некоторое время воспроизводите белый шум или другую монотонную мелодию на девайсе, чтобы он в дальнейшем звучал более чисто и натурально. Гайды как это делать можно найти в интернете.

Какой звук получается?

Большая масса движущейся системы (катушка + диафрагма) делает динамические драйверы менее быстрыми, чем арматура или электростатика, поэтому мелкие нюансы и сверхдетали они передают чуть более мягко и плоско. Зато большая площадь мембраны и значительная амплитуда хода дают насыщенный, упругий бас, естественную середину и характерную «живую» подачу. Жесткость диафрагмы и сила магнитной системы влияют на точность воспроизведения: чем сильнее магнит и легче диафрагма – тем чище начальный момент звучания и тем меньше искажений на высокой громкости.

Плюсы

• естественный, знакомый слуху характер звучания;
• глубокий и масштабный бас;
• широкий диапазон размеров;
• доступность и простота конструкции.

Минусы

• сравнительно медленная реакция мембраны;
• выше искажения при очень высокой громкости;
• чувствительность к материалу диафрагмы и качеству сборки.

Арматурные излучатели

Арматурный (balanced armature driver – драйвер с уравновешенным якорем) излучатель устроен иначе. Вместо подвижной катушки здесь используется крошечный металлический якорь – гибкая пластинка, помещенная между двумя постоянными магнитами. На катушку, намотанную вокруг якоря, подается переменный ток, магнитное поле меняется, и якорь начинает вибрировать в ограниченном воздушном зазоре. Движение передается на диафрагму через крохотный шарнир. Из-за микроскопического хода арматурные драйверы работают крайне точно и обладают высокой чувствительностью.

Размер арматуры составляет всего 2-5 мм, поэтому внутри наушника остается место для нескольких драйверов, акустических камер и звукопроводящих каналов. В некоторых моделях используется более десяти BA-излучателей разных размеров – каждый отвечает за свою частоту. Однако при такой конструкции возникает естественное ограничение: небольшой объем и жесткость движущей системы затрудняют воспроизведение низких частот. Поэтому для баса часто добавляют динамический драйвер – это называется гибридная система, а согласование каналов выполняет кроссовер. Впрочем, гибридная акустика может совмещать совершенно разные виды драйверов и в разных количествах.

Какой звук получается?

Из-за микроскопического хода и малого веса подвижной системы арматурные драйверы обладают незамедлительным откликом и высокой точностью. Они идеально передают микродинамику мелодии, резкие переходы и тонкие детали на средних и высоких частотах. Однако ограниченная площадь диафрагмы и отсутствие объема для большого хода ухудшают низкочастотное давление – бас получается быстрым, но «сухим» и маломощным. Многодрайверные системы улучшают ситуацию, но требуют сложной настройки.

Плюсы

• максимальная точность и детальность;
• высокая чувствительность;
• компактность;
• возможность многодрайверных систем.

Минусы

• слабый бас;
• сложная настройка и зависимость от кроссоверов;
• иногда слишком аналитичное, «сухое» звучание.

Планарные излучатели

Если мы умеем наносить мельчайшие полупроводники на микросхемы, то почему бы нам не нанести аналогичные проводящие ток элементы на саму мембрану без какой-либо катушки? Так однажды и сделали, а драйверы назвали планарными. Вместо нее на крайне тонкую диафрагму нанесены токопроводящие дорожки. С обеих сторон расположены ряды мощных неодимовых магнитов. Когда по дорожкам проходит ток, они взаимодействуют с магнитным полем – и вся площадь диафрагмы начинает двигаться одновременно, синфазно.

Есть два варианта планаров по способу нанесения проводников. Изодинамическая конструкция предполагает равномерное расположение дорожек по всей площади мембраны. Ортодинамическая – модифицированный вариант, впервые внедренный Yamaha: токопроводящие элементы имеют круговой рисунок, а магнитная система – соответствующую форму. Но обе разновидности относятся к планарным, или, как их еще называют, планарно-магнитным драйверам.

Какой звук получается?

Поскольку движется вся мембрана целиком, а ее масса минимальна, планарные драйверы дают впечатляющую точность звукопередачи и низкие искажения. Бас глубже и быстрее, чем в динамических системах, потому что вся плоскость мембраны толкает воздух одновременно. Высокие частоты звучат чисто, без пиков, а сцена получается широкой и естественной благодаря равномерному распределению давления. Однако мощные магниты увеличивают вес конструкции, а высокая точность требует большого корпуса – поэтому внутриканальные планары встречаются редко.

Плюсы

• очень низкие искажения;
• глубокий, быстрый и контролируемый бас;
• естественный характер звучания, малые амплитуды на высокой громкости;
• широкая сцена и высокая детальность.

Минусы

• крупные размеры драйверов;
• высокая стоимость производства;
• высокая требовательность к усилителю.

Электростатические излучатели

Электростатика – наиболее точный и технологически сложный тип излучателей. Здесь нет ни магнитов, ни катушек. Между двумя плоскими электродами натянута ультратонкая проводящая мембрана, толщина которой может быть меньше толщины человеческого волоса. На мембрану подается высокое постоянное напряжение, а на электроды – переменный аудиосигнал. Заряд на мембране меняется, и она изгибается между электродами с идеальной точностью, повторяя форму сигнала.

Но такая схема требует очень высокого напряжения (до сотен вольт), поэтому к электростатическим наушникам нужен специализированный усилитель или трансформаторный блок. Мембрана должна быть высокоомной, чтобы заряд распределялся равномерно и не «залипал» на одном участке. То есть собрать электростаты сложно и дорого. Поэтому ими занимается небольшое количество компаний, таких как Stax, Audeze, HiFiMAN. 

Какой звук получается?

Минимальная масса мембраны и отсутствие переходных элементов дают мгновенную скорость извлечения звука. Электростаты буквально моментально повторяют форму сигнала, обеспечивая чистейшие ВЧ и детальную середину. Искажений почти нет, сцена прозрачная и воздушная. Но из-за малого хода мембраны бас получается точным, но не таким массивным, как в динамических и планарных системах. Закрытые конструкции встречаются редко, так как воздух должен свободно выходить из камеры. Выглядят наушники круто, но обращаться с ними приходится максимально бережно.

Плюсы

• эталонная точность;
• минимальные искажения;
• лучшая в мире передача высоких частот;
• идеальная скорость и микродинамика.

Минусы

• требовательность к усилителю (нужен отдельный блок);
• слабый (по давлению) низкочастотный диапазон;
• высокая цена и сложность производства;
• чувствительность к влажности и условиям эксплуатации.

Размер драйвера – важен или нет?

Часто можно встретить такие формулировки: 8-милиметровый динамический драйвер, 40-милиметровый арматурный драйвер и т.д. Все эти милиметры – это размер драйвера, то есть диаметр его мембраны. У разных драйверов и видов наушников стандартные значени отличаются. Но возникает вопрос: на что влияет этот размер?

Большая мембрана легче перемещает большие объемы воздуха, дает более глубокий бас, устойчивую работу на громкости и широкую сцену. Звучит хорошо, но все не так просто. Размер вовсе не гарантирует качество. Гораздо важее материалы, конструкция магнитной системы, геометрия звуковой камеры и точность настройки. В конечном итоге, удачная реализация конкретной модели гораздо важнее диаметра мембраны. 10-милиметровый динамик может звучать лучше, чем 40-милиметровый, если производитель старался сделать девайс качественным. Поэтому лучше послушать гарнитуру или систему вживую, а не обращать внимание на этот параметр.