Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 04

А когда он охладится и застынет, иглой процарапайте по поверхности парафина канавки так, чтобы они дошли до металла. Наберите пипеткой аптечный йод и капните на царапины. Через несколько минут раствор йода побледнеет, и тогда надо вновь нанести его на царапины. Примерно через час снимите слой парафина, и вы увидите на металле ясные следы, они точь-в-точь повторяют рисунок на парафине.

Суть же дела тут такова. Железо вступает в реакцию с йодом, в результате образуется соль — йодид железа. Эта соль представляет собой порошок, который легко удаляется с металлической поверхности. И там, где были царапины, образуются углубления в металле.

(Окончание. Начало см. в «ЮТ» № 3 — 2014 г.)

Итак, на коробке с новыми наушниками указана чувствительность 120 дБ. Или SPL = 120 dB. Это ровным счетом ничего не значит, поскольку не известно, в каких условиях эта цифра получена. Можно лишь догадаться, что это есть уровень звукового давления (SPL — Sound Pressure Level), по сути, громкость, получаемая при подаче на наушники какого-то сигнала. Вообще-то, по современным международным стандартам чувствительность измеряется при подаче на наушники либо напряжения 1 В, либо мощности 1 мВт со звуковой частотой 500 или 1000 Гц (в разных стандартах по-разному).

Впрочем, рассмотрим технические данные конкретных наушников, причем я выбрал самые чувствительные — AKG K451.

Диапазон воспроизводимых частот у них 11–29 500 Гц, чувствительность 126 дБ/мВт, а максимальная входная мощность 30 мВт.

При электрической мощности 1 мВт эти наушники обеспечивают громкость 126 дБ — это выше болевого порога! А если подвести разрешенные 30 мВт, получится 141 дБ. Это недалеко до смертельного уровня!

Так какая же выходная мощность УМЗЧ плеера или приемника реально нужна этим наушникам? Взяв допустимую норму громкости из СанПиН 90 дБ и добавив на всякий случай еще 6 дБ, получаем 96 дБ — на 30 дБ меньше указанной чувствительности. На столько же децибел и выходная мощность усилителя должна быть меньше 1 мВт, то есть Рвых = -30 дБм, или 1 мкВт — всего один микроватт!

Если бы наш УМЗЧ был спроектирован под эти наушники и отдавал бы не десятки и сотни милливатт, как пишут в рекламе, выдавая это за достоинство, а требуемые нам микроватты, то и потреблял бы он, соответственно, в тысячу раз меньше энергии. Батареи прослужили бы не 30 часов, как сейчас, а 30 000 часов — это года три с половиной непрерывной работы!

Полагаю, что именно радиолюбителям здесь стоит поработать, поскольку фирмы не откажутся от сверхприбылей, производя плохие УМЗЧ, «тупые» наушники и батарейки в огромном количестве.

Теперь о конструкциях наушников. Наивысшей чувствительностью обладают телефоны с дифференциальной электромагнитной системой (по типу наших ДЭМ и ДЭМШ, а также старинного громкоговорителя «Рекорд» — большой черной «тарелки»): -88…-90 дБм для речевого сигнала и — 92…-94 дБм для телеграфного. На втором месте обычные электромагнитные телефоны с жестяной мембраной и пьезонаушники: -70…-80 дБм. И хуже всех по чувствительности ширпотребовские «затычки»: -60 дБм.

Как радиолюбитель-связист, автор всегда интересовался наушниками высокой чувствительности.

В иностранной печати наиболее чувствительные телефоны с механизмом типа ДЭМ или ДЭМШ часто называли «Balanced Armature» и «Sound Powered». Первое название понятно — якорь у них сбалансирован между полюсами магнита, отсутствует постоянное натяжение, как у наушников с жестяной мембраной и магнитом с одной ее стороны, что повышает чувствительность (см. рис. 1).

Используя принцип сбалансированной арматуры (якоря), делают и высококачественные наушники, и даже «затычки». Иногда для краткости их называют просто «арматурными» и подчеркивают, что их часто используют музыканты во время выступлений на сцене. В англоязычной литературе такие наушники часто относят к классу IEM — In-Ear monitor (мониторные вставные наушники). Преимущества арматурных наушников: низкий уровень искажений, высокая чувствительность, сбалансированная передача звука на всем диапазоне частот.

Второе иностранное название ставило в тупик: Sound Powered — питаемые звуком. Что это значит? На английских и американских кораблях времен Второй мировой войны (а возможно, и на наших) существовала аварийная система связи, например, между мостиком и орудийной башней. Когда основная связь в бою была повреждена, из специальных шкафов доставали катушки с кабелем и разматывали его по палубе между необходимыми местами. Кабель с обеих сторон заканчивался наушником. Он же служил и микрофоном. Никаких батарей, вообще ничего лишнего! А недавно мне рассказали, что два друга-радиолюбителя, живущие на разных этажах одного дома, пользовались «телефоном» из двух капсюлей типа ДЭМ и отрезка телефонного провода, пропущенного по внешней стене дома из окна в окно (схема на рис. 2).

Точно так же вы можете проверить чувствительность любых наушников, динамиков и акустических систем (АС). Соедините два наушника (динамика, АС) длинной двухпроводной линией, один расположите рядом с любым источником звука, с другим уйдите в соседнюю комнату, закрыв дверь. В этом наушнике вы услышите звук, если наушники хорошие. Если же звука в наушнике нет или же он очень слабый и искаженный — остается вам посочувствовать.

Теперь о диапазоне частот. Для вышеупомянутых AKG K451 это 11–29 500 Гц. Однако не сказано, какова неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и при каком «завале на краях» получены эти граничные частоты.

Мне так и не удалось найти ни этих данных, ни самой АЧХ. Зато попалась АЧХ на порядок более дорогих студийных наушников той же фирмы (см. рис. 3). Видим, что неравномерность достигает ±12 дБ, а верхняя граница полосы частот по уровню — 12 дБ всего 20 кГц. Но этого достаточно, выше 16 кГц мы уже все равно не слышим! Да и в воспроизводимых программах эти частоты бывают редко. Радиостанции УКВ FM не передают частот выше 14 кГц, АМ — 10 кГц.

Неравномерность АЧХ ±12 дБ не должна удивлять — это нормально для электроакустических систем. Вспомним фигурное катание по телевизору — троекратное прохождение звука через громкоговорители и микрофон может повысить неравномерность АЧХ даже до ±45 дБ, а это уже разница между «очень тихо» и «очень громко».

В результате одни звуки пропадают, другие превращаются в выкрики, возрастают и «завалы на краях», что приводит к отсутствию басов и верхов — звук становится «как по телефону».

Следующий важный параметр — сопротивление. Бытует мнение, что высокоомные наушники чувствительнее. Это неверно, ведь чувствительность определяется силой магнита и конструкцией механизма. Но выход детектора высокоомный (десятки килоом), и чтобы он отдавал в нагрузку максимальную мощность, ее сопротивление должно равняться внутреннему сопротивлению источника. Это известное условие согласования. Поэтому низкоомные наушники в детекторном приемнике работают плохо. Положение может исправить трансформатор, преобразующий ток и напряжение в N раз, а сопротивление, соответственно, в N 2раз.