Возьмите любой наушник-вкладыш и поверните его задней стенкой к свету. Почти наверняка найдете точку — аккуратную, иногда прикрытую сеточкой из ткани. Это отверстие без официального названия делает сразу несколько вещей, и ни одна из них не случайная.
Воздух в ловушке
Мембрана в наушнике — диск около 10 мм в диаметре, который колеблется вперед и назад тысячи раз в секунду. Когда она движется назад, объем воздуха за ней сжимается. В полностью запаянном корпусе это сжатие создает противодавление, которое буквально тормозит диффузор на обратном ходу.
Результат слышен сразу: низкие частоты просаживаются, бас становится тугим и невыразительным — акустики называют это «картонным» звучанием. Чем ниже частота, тем медленнее движется мембрана, тем дольше сжатый воздух успевает на нее давить. Выше нескольких сотен герц цикл колебаний достаточно короткий, и этот эффект почти незаметен. Но суббас и нижний бас страдают первыми.
Точечная настройка
Отверстие на задней стенке решает эту проблему без единого электронного компонента. Оно соединяет закрытое пространство за мембраной с внешним воздухом, и давление успевает выравниваться между циклами колебаний.
Размер имеет прямое значение. По данным серии американских патентов на «controlled acoustic leak port» — в частности, патентов US9781506, US10356510 и US11750966 — диаметр такого вентиляционного канала составляет от 0,25 до примерно 3 мм, а типичное значение для выравнивания давления лежит ниже 1 мм. Узкий канал создает акустическое сопротивление: воздух проходит свободно на медленных, низкочастотных колебаниях, а на быстрых — средних и высоких — сопротивление канала слишком велико, чтобы давление успело выравниваться за полцикла. Именно этим объясняется избирательность отверстия: оно «отпускает» ровно те частоты, которые производитель хочет скорректировать.
Прикройте отверстие пальцем, и бас в наушниках заметно «набухнет», уберите палец — вернется исходный баланс. Это простейший домашний эксперимент, который работает на большинстве проводных вкладышей.
Рывок с последствиями
Акустическая настройка — первая функция отверстия. Есть вторая, которую инженеры ставят даже выше по приоритету.
Хорошо подобранный вкладыш или внутриканальный IEM создает в ушном канале почти герметичный объем — особенно при использовании силиконовых или пенных насадок. Когда такой наушник резко вынимают из уха, за ним «тянется» воздух, и в канале возникает кратковременный перепад давления. На форуме Head-Fi задокументированы случаи, когда резкое извлечение глубоко посаженных наушников Etymotic заканчивалось острой болью в ухе. Американский патент US10939215 («Avoidance of user discomfort due to pressure differences by vent valve») прямо называет этот сценарий основанием для проектирования клапанных отверстий.
Небольшое отверстие на корпусе выравнивает давление раньше, чем оно успевает стать проблемой: воздух по каналу за корпусом компенсирует перепад еще во время движения наушника из уха. Никакой механики, никаких клапанов — физика воздуха делает это сама.
Дырка дырке рознь
Здесь важно не запутаться. У современных TWS-наушников на корпусе часто несколько отверстий, и далеко не все они акустические.
Отверстие для ANC-микрофона — другое по функции. Оно направлено наружу и собирает внешний шум, который антифазная система затем компенсирует. Такое отверстие конструктивно изолировано от звукового тракта: рядом с ним стоит микрофонная капсула, а между ним и акустической камерой — перегородка. Производители, как правило, указывают количество и назначение микрофонов в технической документации — там же можно понять, сколько отверстий относится к ANC, а сколько к акустике. Оба отверстия могут соседствовать в одном корпусе: у наушников с активным шумоподавлением функции разделены между разными точками.
Один миллиметр держит баланс
Описанный принцип — пассивная акустическая настройка через сечение канала — используется в наушниках с середины XX века. Но сейчас, когда корпуса стали меньше, а требования к АЧХ точнее, это отверстие перестало быть конструктивным допуском. Его диаметр рассчитывается в сотых долях миллиметра, за ним может стоять акустический резистор из ткани, пены или войлока, а форма самого канала влияет на характер переходной характеристики.
Конечно, у большинства массовых вкладышей это отверстие по-прежнему остается компромиссом, а не прецизионным инструментом. Но направление у него одно: дать мембране свободу на низких частотах и забрать ее обратно на высоких — без лишних компонентов и без дополнительной схемы.
Выбирая вкладыши, стоит помнить: у закрытых моделей без вентиляции бас обычно более «вальяжный», зато лучше изоляция от шума. У вентилируемых — звук естественнее, но внешние звуки проникают легче. Это осознанный выбор производителя, сделанный на уровне одной точки в корпусе.
Маленькое отверстие без названия — это место, где физика воздуха превращается в акустику звука. И в безопасность заодно.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
