Древнее человечество всегда хотело сохранить прекрасную музыку небес и воспроизводить ее снова и снова, оно постоянно исследовало связь между электричеством и звуком и наконец нашло способ превратить их друг в друга.
1 Звук и электричество
В 1820 году датский физик Ханс Остер провел эксперименты с электрическим током и магнитным полем и обнаружил, что когда электрический ток проходит по проводу, он создает вокруг провода магнитное поле, которое представляет собой замкнутый контур магнитных силовых линий, а отклонение магнитной иглы обусловлено ролью магнитного поля вокруг провода на магнитную силу иглы. Результаты эксперимента Ганса Остера, известные как магнитный эффект тока, заложили основу для изучения электромагнитной индукции последующими учеными. После этого французский физик Андре-Мари Ампер в Остере открыл магнитный эффект тока, затем путем экспериментов подвел под контур с током в элементе тока в электромагнитном поле закон движения, то есть мы узнали закон Ампера.
1831 год, Майкл Фарадей путем экспериментов подтвердил явление магнитоэлектричества, то есть путем изменения напряженности или положения магнитного поля, можно произвести электрический ток в проводнике, который является известным. Это знаменитый закон Фарадея об электромагнитной индукции, и с тех пор начались изобретения звука и электричества.
Латунный телеграф, 1895 год
В 1835 году американский художник Сэмюэл Морзе изобрел телеграф после трехлетних исследований различных сигналов, создаваемых поочередным включением и выключением электрического тока для передачи вместо человеческих слов. Телеграф состоит из двух основных частей - передатчика и приемника. Внутри передатчика находится переключатель тока, и при нажатии кнопки отправки ток течет по проводу, создавая комбинацию точек и штрихов в соответствии с правилами азбуки Морзе, причем длина и интервалы между точками и штрихами определяются в зависимости от продолжительности времени, заданного азбукой Морзе. Внутри приемника находится электромагнит, который при поступлении тока воздействует на него, создавая магнитное поле. Когда передатчик посылает ток по проводу в приемник, магнитное поле электромагнита заставляет стрелку приемника отклоняться, показывая точки и штрихи полученного электрического сигнала. Этот электрический сигнал может быть преобразован в читаемые буквы, цифры и символы в соответствии с правилами азбуки Морзе.
В 1857 году парижский изобретатель Эдуард-Леон Скотт де Мартенвиль изобрел прибор для записи речи, прикрепив иглу к цилиндрической трубе, чтобы при пении кончик иглы, подвергаясь звуковым колебаниям, записывал форму звука на картоне, почерневшем от света масляной лампы. Это был первый случай в истории, когда кто-то попытался записать звук на фиксированный носитель, придав ему физическую форму.
Поскольку звук можно записать, как записанный звук можно преобразовать в электрические сигналы, которые можно записывать и передавать?
В 1876 году американский изобретатель Александр Белл изобрел телефон, который состоял из микрофона, наушника и проводов. Телефонный микрофон обычно содержит диафрагму и магнит, и когда звук передается в микрофон, он ударяется о диафрагму микрофона, заставляя ее слегка вибрировать. Мембрана микрофона соединена с катушкой, и при вибрации мембраны катушка перемещается относительно магнита, генерируя электрический сигнал за счет электромагнитной индукции. Затем электрический сигнал передается по проводу в наушник, где он преобразуется в звук с помощью процесса, противоположного тому, что происходит в микрофоне. В том же году, когда Белл изобрел телефон, Эмиль Беллина придумал микрофон с угольным электродом, который состоял из двух электрических контактов, разделенных тонким слоем углерода, а другой конец был прикреплен к мембране. При издании звуков различной интенсивности на частицы углерода воздействует различное давление, что приводит к изменению сопротивления контакта между частицами углерода и, как следствие, к изменению электрического тока, преобразуя звук в электрический сигнал.
С тех пор микрофоны в основном используют этот принцип: звуковые колебания воздуха генерируют ударные волны, ударные волны соприкасаются с мембраной, заставляя ее вибрировать, а затем различными способами преобразуются в электрические сигналы.
В 1876 году Эмиль Белинар изобрел микрофон с угольным электродом.
Появление наушников
В 1881 году появилась первая в мире гарнитура, но придумана она была не для прослушивания музыки, а для телефонных операторов. В самых первых телефонах не было досок для набора номера, все пользователи были соединены с оператором на другом конце телефона, и пользователи, которые хотели поговорить, должны были соединиться через оператора, чтобы сделать это. Когда два пользователя хотели поговорить, дозвонщик брал микрофон и говорил, и сигнал сначала доходил до оператора, который затем соединял линию дозвонщика с линией абонента, чтобы дозвонщик мог поговорить с абонентом. В то время оператору нужно было отвечать на звонок пользователя, используя при этом свои руки, поэтому он изобрел гарнитуру. Гарнитура состояла из подставки, микрофона и наушника. Операторы надевали подставку на шею, закрывали уши наушником, а микрофон направляли в рот, освобождая руки и избегая помех между голосами операторов в одном офисе. Однако из-за веса этой гарнитуры до 10 кг, жесткого и прочного кронштейна и наушника пользователю становится очень неудобно, плечо оператора получает серьезные повреждения, что заставляет их всех очень сильно недолюбливать эту гарнитуру.
В 1881 году появились первые в мире наушники.
В 1895 году появилась первая гражданская гарнитура, которая была значительно упрощена по сравнению с предыдущей гарнитурой, используемой оператором, стала очень легкой и носилась так же, как и современные наушники. Однако после надевания наушников их нужно было держать за длинную ручку, иначе они могли упасть. Эта портативная гарнитура предназначена в основном для аристократов, чрезвычайно одержимых оперой; компания также установила прямую линию с лондонским театром и оперным театром, и если аристократы носят хорошую гарнитуру, то смогут слушать живые выступления в оперном театре у себя дома.
В 1910 году появилась первая в мире признанная современная гарнитура, изобретенная американцем Насером Болдом, которая была созвучна современным наушникам как по форме, так и по способу ношения. Эта гарнитура улучшила существовавшие в то время модели наушников, позволив им лучше сидеть на голове.
1910 год, первые в мире современные наушники
В то время наушники были в основном старомодные тростниковые роговые наушники, эти наушники состоят из магнитов, катушек, пружин, кантилеверов и диафрагм и т.д., использование принципа электромагнитной индукции, когда электрический сигнал на выходе из радио, он будет проходить через катушки и генерировать магнитное поле, через взаимодействие со встроенным магнитным полем магнитов, тем самым создавая всасывание и тягу, и будет эта вибрация передается на консоль и соединен с катушкой, а затем консоль, чтобы привести диафрагму в вибрацию, а затем производить звук. Затем эта вибрация передается на кантилевер, который, в свою очередь, заставляет мембрану вибрировать и издавать звук. На протяжении всего процесса катушка должна пройти через консоль, чтобы передать вибрацию на диафрагму. Такая структура является одновременно сложной и неэффективной, в результате чего язычковые динамики наушников склонны к поломкам, срок службы гарнитуры также относительно короткий, и она не очень хороша в использовании.
В 1937 году Юрген Байер, немецкий ученый и основатель знаменитого производителя наушников Bayer Dynamics, изобрел более прочные, долговечные и долговечные наушники с подвижной катушкой, которые популярны и по сей день. В последующие десятилетия были последовательно изобретены наушники с подвижной катушкой и электростатические наушники, что привело к расширению ассортимента наушников и улучшению звучания.
Самые ранние наушники Beyerdynamic DT-48
В 2000 году датская компания Jabra выпустила первую в мире Bluetooth-гарнитуру, которая изменила историю наушников, которые нужно было подключать с помощью проводов, и положила начало производству беспроводных наушников. Однако возможности этой Bluetooth-гарнитуры были ограничены существовавшей в то время технологией Bluetooth 1.0, и ее можно было использовать только для подключения к мобильным телефонам, чтобы разговаривать, но нельзя было использовать для прослушивания музыки. Кроме того, в эту гарнитуру также нужно было вставлять аккумулятор, два наушника все еще нужно было соединять проводами, а не как наши нынешние гарнитуры делать по-настоящему беспроводными. Пока более десяти лет спустя Apple не выпустила Airpods, которые действительно принесли наушники в полностью беспроводную эру.
Первое поколение Airpods
Наушники с подвижной катушкой, динамические железные и электростатические наушники
По принципу работы наушники можно в основном разделить на три типа: с подвижной катушкой, с подвижным железом и электростатические. Наушники с подвижной катушкой в основном состоят из магнитов, катушек и диафрагм, когда радиосигнал проходит через катушку гарнитуры, возникает магнитное поле, которое взаимодействует со встроенным в гарнитуру магнитным полем магнита, в результате чего возникает тяга или всасывание, так что диафрагма вибрирует внутри гарнитуры, в результате чего получается прекрасный звук. По сравнению с оригинальными старомодными наушниками с герконовым динамиком, больше не нужно заимствовать консоль для приведения в движение вибрации диафрагмы, общая структура легче и долговечнее. Преимущество наушников с подвижной катушкой в том, что плотность звука у них относительно свободная, широкий диапазон, подходит для прослушивания классической музыки. Подвижные железные наушники и наушники с подвижной катушкой похожи, в них так же используется электромагнитный принцип для получения звука, но в большей степени, чем в наушниках с подвижной катушкой, присутствует якорь. При выходе радиосигнала он проходит через катушку и генерирует магнитное поле, а встроенный магнит взаимодействует с магнитным полем, тяга или всасывание между двумя магнитными полями приводит в движение якорь, якорь и через мембрану соединяются между частями диафрагмы, чтобы вызвать вибрацию, которая и производит звук. Звукогенерирующий блок наушников с подвижным железом меньше, чем у наушников с подвижной катушкой, и может быть помещен глубже в ушной канал, поэтому он может иметь лучшую звукоизоляцию и предотвращение утечки звука. Благодаря низкому импедансу и высокому разрешению, подвижные железные наушники обладают лучшей способностью отслеживать электрические сигналы, что делает их более подходящими для прослушивания быстрой и компактной музыки. Принцип работы электростатических наушников, основанный на электростатической силе, притяжении и отталкивании между электрическими зарядами, состоит из электростатического поля и динамика. Электростатическое поле - это основная часть электростатических наушников, которая состоит из полюсной пластины, закрепленной внутри наушников, и мембраны, покрывающей эту пластину. Драйвер - это часть электростатических наушников, отвечающая за подачу напряжения на электростатическое поле, которая обычно состоит из усилителя и блока питания, способного преобразовывать электрический сигнал в напряжение, необходимое для электростатического поля. Когда на динамик подается положительное напряжение, полюсная пластина заряжается отрицательно, и отрицательный заряд на мембране отталкивается от полюсной пластины. И наоборот, когда на динамик подается отрицательное напряжение, пластина заряжается положительно, а отрицательный заряд на диафрагме притягивается к пластине. Это изменение электростатической силы заставляет мембрану постоянно вибрировать вперед и назад, производя сжатие и разрежение молекул воздуха, что, в свою очередь, создает звук. Преимущество электростатических наушников заключается в более высокой скорости передачи звука и лучшей переходной характеристике звука, более сильной детализации, но и в цене, которая будет дороже, чем у наушников с подвижной катушкой и подвижным железом, обычно покупают любители музыки.
Классификация наушников
Помимо разделения по принципу работы, наушники могут различаться по способу ношения, методу проведения и так далее. Если различать наушники по способу ношения, то их можно разделить на наушники с оголовьем, вставные и накладные наушники. Наушники обычно состоят из оголовья, амбушюр, регулируемого кронштейна, который соединяет оголовье с амбушюрами, и кабеля, который соединяет наушники с источником звука. Наушники больше и тяжелее, чем наушники других типов, но они удобны в ношении, имеют отличное качество звука и обеспечивают значительное шумоподавление.
Гарнитура
Вставные наушники - это наушники, которые можно носить на внешнем ухе или вставлять в наружный слуховой проход для лучшей герметичности. Большинство наушников-вкладышей более компактны, обеспечивают лучшую шумоизоляцию и лучшее качество звука. Однако из-за того, что они помещаются в ухо, большинство наушников-вкладышей могут быть неудобными, если носить их слишком долго.
Наушники-вкладыши (Вставные наушники)
Накладные наушники, как следует из названия, подвешиваются на ухо с помощью вспомогательной подвески, а звук передается в ухо с помощью особого метода звукопроведения. Накладные наушники удобно носить, некоторые наушники также имеют очень выдающееся звучание, но поскольку наушники-вкладыши не обеспечивают изоляцию от внешнего шума, эффект шумоподавления оставляет желать лучшего, утечка звука также более очевидна.
Накладные наушники
Если различать наушники по способу звукопроведения, то их можно разделить на наушники воздушной и костной проводимости. Наушники с воздушной проводимостью - это наушники, передающие звук через вибрацию воздуха, использующие технологию beamforming для направленной передачи звука и открытый бинауральный режим для передачи звука в ухо. Наушники костной проводимости, напротив, преобразуют звук в механические колебания различных частот и передают звуковые волны через череп человека, костный лабиринт, лимфатическую жидкость внутреннего уха, спираль и слуховой центр, что является иной средой передачи, чем воздушная проводимость. Если отталкиваться от того, есть ли провод, наушники можно разделить на проводные и беспроводные. С развитием науки и техники, технологии беспроводной связи, технологии Bluetooth, быстрее скорость передачи, диапазон передачи шире, беспроводной Bluetooth гарнитуры также стал мейнстрим в настоящее время. По сравнению с традиционными проводными наушниками, Bluetooth-наушники не требуют проводов, поэтому большинство наушников также используют беспроводную связь Bluetooth для передачи аудиосигналов. Если использовать сцену, чтобы отличить, гарнитура может быть разделена на музыкальную гарнитуру, игровую гарнитуру, спортивную гарнитуру, активную гарнитуру шумоподавления и так далее.
Резюме
После более чем ста лет развития использование наушников стало очень распространенным в наши дни, и появились такие известные производители наушников, как Sony, Sennheiser, Beats, AKG, Beyerdynamic и так далее. В настоящее время наушники можно использовать не только для прослушивания радио и музыки, но и для подключения к мобильным телефонам, чтобы справиться с множеством различных жизненных сценариев, таких как прием и набор телефонных звонков, голосовая навигация, прогноз погоды и так далее. С развитием Интернета и искусственного интеллекта в нашей жизни стали появляться и все более продвинутые, все более своеобразные по форме, все более многофункциональные наушники. В непрерывном развитии науки и техники, а также человеческих существ, чтобы улучшить качество звука и лучше физическое чувство неустанно преследует наушники, я считаю, что эволюция дороги не закончится на этом, небольшой гарнитуры принесет больше захватывающих.
