Fizyka działania słuchawek
Słuchawki diametralnie zmieniły sposób, w jaki odtwarzamy muzykę i inne treści medialne, niezależnie od tego, czy słuchamy muzyki podczas treningu na siłowni, czy oglądamy ulubiony serial w czasie długiej podróży.
Mimo to, niewielu z nas jest w stanie opisać jak urządzenia, po które tak często sięgamy, rzeczywiście działają. Zatem, aby lepiej zrozumieć wewnętrzny mechanizm słuchawek i sposób przekształcania sygnału elektrycznego na dźwięk, stworzyliśmy ten prosty przewodnik.
Pierwszą rzeczą, którą należy zdefiniować, jest to, czym tak naprawdę jest dźwięk.
Najprościej można go opisać jako wibracje, wywołane przez poruszające się obiekty. Wibracje te są odbierane przez nasze uszy i interpretowane przez nasz mózg. Oznacza to, że do stworzenia dźwięku konieczny jest ruch mechaniczny.
Do tego służą przetworniki znajdujące się wewnątrz słuchawek. Przetworniki te przekształcają sygnały analogowe na drgania; możesz potraktować je jako miniaturowe głośniki. Wielkość przetwornika i jego wydajność zależy od modelu słuchawek, jednak z reguły jest to między 6mm a 15mm. Na przykład słuchawki bezprzewodowe TWS S500W posiadają przetworniki 8mm, oferujące wysokiej jakości dźwięk.
Niezbędnym elementem do wytworzenia dźwięku w każdym przetworniku słuchawkowym jest cienka membrana, która poruszając się w odpowiedni sposób produkuje fale dźwiękowe. O intensywności i kierunku ruchu membrany decyduje sygnał elektryczny zasilający przetwornik.
Nie wszystkie przetworniki działają w ten sam sposób, a ich sposób przetwarzania sygnału elektrycznego na ruchy membrany może być różny. Jakie są więc najpopularniejsze typy przetworników słuchawkowych i jak one działają?
Rodzaje przetworników słuchawkowych
Przetworniki dynamiczne
Termin "przetwornik dynamiczny" jest często także zamieniany określeniem "ruchoma cewka". Przetwornik taki składa się z trzech głównych elementów: magnesu, cewki oraz membrany.
Prąd elektryczny płynie przez cewkę, tworząc pole elektromagnetyczne. Zmienny kierunek prądu powoduje, że cewka jest albo przyciągana, albo odpychana przez otaczające ją magnesy, co sprawia, że wibruje ona w kontrolowany sposób. Wibracje te są właśnie źródłem dźwięku. W zależności od siły i kierunku prądu elektrycznego, pole elektromagnetyczne ulega zmianie, poruszając cewkę z różną prędkością i w różnym kierunku. Dzięki temu membrana wibruje produkując tym samym dźwięk. Wydajność dźwiękowa jest nie tylko zależna od wielkości przetworników, ale także od użytych materiałów i ogólnej architektury. Przetworniki dynamiczne są bardziej podatne na zniekształcenia dźwięku przy zbyt dużej głośności niż inne rodzaje.
Przetworniki elektrostatyczne
Tak jak sama nazwa wskazuje, przetworniki elektrostatyczne wykorzystują elektryczność statyczną w celu wytworzenia pola elektrycznego. Membrana jest umieszczona pomiędzy dwiema perforowanymi płytkami metalowymi lub elektrodami. Prąd płynący do elektrod powoduje, że wytwarzają one pole elektryczne, co sprawia, że membrana porusza się miedzy płytkami. Fale dźwiękowe docierają do ucha przez perforacje wewnątrz elektrod. Przetworniki elektrostatyczne mogą wytwarzać szeroki zakres częstotliwości przy bardzo niskich zniekształceniach, ale wymagają dodatkowego wzmocnienia.
Planarne przetworniki magnetyczne
Planarne przetworniki magnetyczne zwane też "przetwornikami ortodynamicznymi" mogą być traktowane jako połączenie przetworników dynamicznych i elektrostatycznych. Działają one na bardzo podobnej zasadzie do przetworników dynamicznych, ponieważ również wykorzystują pole magnetyczne do generowania fal dźwiękowych. Zamiast jednak używać cewki do generowania ruchu membrany i wytwarzania dźwięku, w przetwornikach ortodynamicznych membrana znajduje się pomiędzy dwoma magnesami i jest połączona dwoma cienkimi przewodami. Membrana zaczyna wibrować, gdy tylko prąd zaczyna płynąć przez te przewody. Planarne przetworniki magnetyczne są mniej podatne na zniekształcenia dźwięku i potrafią wytworzyć wyraźny bas, jednak wymagają dodatkowego wzmacniacza i z reguły wiążą się z wyższą ceną.
Przetworniki ze zrównoważoną kotwicą
Przetworniki armaturowe są dostępne jedynie w przypadku monitorów dousznych (IEM). Nazwa wywodzi się od cewki, która jest owinięta wokół kotwicy i znajduje się pomiędzy dwoma magnesami. Przetworniki armaturowe nazywane są zrównoważonymi, ponieważ odległość między kotwicą, a dwoma magnesami jest równa. Kotwica połączona jest ze środkiem membrany. Gdy prąd przepływa przez cewkę, kotwica zachowuje się jak elektromagnes i zaczyna się poruszać, co z kolei powoduje drgania membrany. Przetworniki ze zrównoważoną kotwicą oferują bardzo szczegółowy dźwięk, jednak dzieje się tak kosztem słabszego basu.
I oto on, krótki przewodnik o zasadzie działania słuchawek i wytwarzaniu przez nie dźwięku. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zajrzyj do naszego artykułu jak działają słuchawki bezprzewodowe TWS.