http://habrahabr.ru/company/boxowerview/blog/222999/

В этот понедельник мы в блоге BoxOverview мы поговорим о наушниках с активной системой шумоподавления — Audio-Technica ATH-ANC9
Мой коллега frag1k уже писал про младшие наушники этой серии — ANC7, а я расскажу о старшей версии — ANC9.

Содержание

1. Внешность
2. Внутренность
3. Характеристики
4. Что такое децибелы
5. Максимальная громкость
6. Как устроено ухо
7. Личные впечатления
8. Плюсы и минусы
9. Время работы

Под катом традиционный ликбез по физике, медицине, биологии, geek-porn, ну и обзор наушников, не без этого.

Внешность

Что мы видим сразу после того, как вынесли коробку с наушниками из магазина? Мы видим коробку. Коробка выглядит вот так:

На ней гордая надпись о том, что наушники гасят до 95% внешних шумов.

Сами наушники выглядят вот так:

На одной стороне находятся индикатор режима, кнопка переключения режимов и переключатель питания.

Кнопка циклично переключает три режима шумоподавления, индикация текущего осуществляется трехцветным светодиодом. Режим сохраняется при выключении(при включении наушников они будут работать в режиме, выставленном при выключении):

На коробке есть расшифровка этих режимов:

Как гласят картинки, первый гасит звуки низкой частоты, и предназначен для самолетов, поездов и разных механизмов. Второй режим уменьшает более высокочастотные звуки — разговоры, разные шумы. Третий — режим с пониженным энергопотреблением, и может использоваться для относительно тихих комнат.

Заметно два отверстия для микрофонов(о них мы поговорим позже):

Снизу — отверстие для штекера провода:

Во вставленном состоянии он выглядит вот так:

Провод очень тонкий и выглядит ненадежно. Хоть его замена в случае поломки не будет проблемой — провода джек-джек продаются где угодно.
На другой стороне наушников такие же отверстия микрофонов:

И разъем батарейки:

Он довольно странно сделан, не крышечкой, а извлекающимся отсеком:

Для замены его надо полностью вытащить, и тогда он выглядит вот так:

Замена, кстати очень трудна, если у вас нет чего-нибудь острого типа отвертки или ножа — пальцами батарейка из отсека не вытаскивается никак, я сломал ноготь, пытаясь это сделать. Возможно, наращённый острый акриловый ноготь и способен это сделать, но у меня они родные и не такие прочные. Пользуюсь отверткой из мультитула.

Из хорошего — очень большой диапазон регулировок, от такого:

До такого:

Налезут даже на большую голову. У самих чашечек тоже независимый «подвес», они могут вращаться от максимального угла:

До минимального:

Регулировок вполне хватит на любую голову, но вот силы прижима все-таки маловато, на мой взгляд. Наушники очень критичны к правильной посадке — иногда для достижения максимального эффекта их надо пошевелить на голове, чтобы они плотнее окружили уши. И тогда чувствуется, что если надавить руками на чашечки, внешние звуки пропадают совсем. Но сами наушники такой прижим обеспечить не способны, к сожалению.

Наушники не оставляют впечатление крепких и способных выдержать любое испытание. Нет, безусловно, они собраны хорошо, и на голове разваливаться не собираются. Более того, я во время ремонта пару раз довольно сильно бился головой и наушниками на голове о выступающие предметы, и они до сих пор живы. Самое страшное, что с ними случилось — несколько слабозаметных царапин.
Но таскать в рюкзаке в одном отделении с разными угловатыми и возможно острыми предметами, как мои предыдущие Philips The Stretch я бы не стал. Видимо, это понимают и производители, потому что в комплекте есть довольно удобный чехол, который защитит наушники от агрессивной среды моего рюкзака:

С фирменным лейблом:

И зачем-то карабином:

Зачем он, я так и не понял. Вешать чехол неудобно — он слишком большой для этого, вешать на него тоже нечего. Единственное, что я придумал — им можно троллить подписчиков в инстаграмме(кстати, подписывайтесь).
Плохо, что наушники в этом чехле занимают довольно большую часть рюкзака.

Помимо наушников, в чехле полно свободного места:

А еще есть удобный кармашек:

В который помещается вся комплектация наушников:

Батарейка тоже идет в комплекте, что радует. Помимо нее есть переходники для самолета и 6,3мм:

И два проводка — с гарнитурой и без. Отличаются они разъёмами:

Тот, что с 4 контактами — с гарнитурой. Стандарт Apple, но его, вроде сейчас понимает большинство телефонов — моя Xperia Z работает корректно и с микрофоном, и с кнопкой.
На гарнитурном проводе находится, собственно, гарнитура с кнопкой и микрофоном на обратной стороне:


UPD: Эти строки пишутся через месяц после того, как я писал про рюкзак и чехол. Моя врожденная ленивость заставила меня проверить наушники на прочность — я перестал таскать чехол совсем, оставив его жить дома, и стал носить наушники с собой. Они выдержали. Выдержали мой рюкзак, в котором в отделе с наушниками лежат ключи, ручки, мелочь, пассатижи, ножик, отвертки, проводки с разъёмами и много других острых и твердых штук.
Выдержали дождь и ветер(см, заглавную фотку), ежедневные поездки в метро, перелеты на самолете в багаже и ручной клади, выдержали падения с головы и удары головой о выступающие предметы.
Признаю, я был неправ. Наушники прочные и выдержат все. Вот только зачем тогда им чехол?

Внутренность

Естественно, любое устройство надо разобрать. Ведь не разобрав его, мы не можем считаться его полноценным хозяином. Если мы разбирали даже мультиварки, то наушники мы разберем тем более. Снимаем амбушюры, осторожно стягивая ткань с боковин:

Видим микрофон шумоподавления и динамик. Выпуклость ниже динамика — отсек батареи.

Естественно, на втором наушнике есть такой же, но пустой — для того, чтобы обе чашечки обладали одинаковыми звуковыми характеристиками:

Выкручиваем три винта в глубине наушника и снимая внешнюю крышечку, добираемся до самого вкусного — платы:

Что у нас тут интересного? Например, сдвоенный выключатель. Точнее даже два сдвоенных включателя — каждый на два канала:

Он необходим для работы без батарейки — в выключенном состоянии звук передается напрямую на динамики, не попадая в звуковой тракт, который не может работать без питания. А при включении один выключатель физически отрубает источник звука от динамиков, перенаправляя его на усилитель, а второй подает питание на этот самый усилитель.
Ниже расположена кнопка смены режимов:

А выше — светодиод индикации режимов:

Какой-то разъем, для отладки или программирования:

Две непонятных микросхемы, с похожей маркировкой, которую не удалось найти. Что это остается только догадываться — может быть DSP для разных каналов, может что-то аналоговое, может АЦП и ЦАП.

Как и две предыдущие, назначение этой микросхемы тоже тайна:

Честно говоря, мне немного грустно. Разобрать-то разобрали, но к пониманию смысла работы не особо приблизились.
Идем дальше. Микрофон:

Причем, один. Нет, все верно — нам обещали два микрофона, у нас есть два микрофона, один внутри, второй снаружи. Просто забавно то, что нижняя сеточка, которая выглядит как еще один микрофон оказалась бутафорией:

Можно еще открыть второй наушник, но ничего особо интересного мы там не увидим — небольшая платка, единственное назначение которой — соединять провода. Из нее понятно, что наушники соединяют 6 проводов: девять людям, семь гномам.. питание, два микрофона, динамик, и две земли — цифровая для питания и аналоговая для микрофонов и динамика.

Еще на этой части расположены: микрофон(и еще один внутри), контакты батареи:


Кстати, внутренности по сравнению с предыдущей моделью изменились достаточно сильно:

Я слабо разбираюсь в аудио технике, но как мне кажется, часть аналогового тракта заменили на цифру.

Технические характеристики

Честно говоря, я не особо смотрю на характеристики, но некоторые предпочитают слушать наушники, а не музыку :)
Специально для них — табличка:

Излучатель	Динамический (неодимовый, 40 мм)
Частотный диапазон	10 Гц — 25 кГц
Уровень шумоподавления	до 30 дБ в зависимости от режима
Импеданс	100 Ом
Кабель	1,2 м (съёмный, в двух вариантах)
Штекер	3.5 мм
Тип	Мониторные
Акустическое оформление	Закрытые
Вес	220 г (без шнура и аккумулятора)

Если с весом, типом, частотным диапазоном, кабелем и штекером все понятно, то вот с пунктом «Уровень шумоподавления: до 30 дБ в зависимости от режима» возникают вопросы. Во сколько раз уменьшается шум? Что это за децибелы такие? Ну, чтож, раз есть вопросы — придется отвечать.

Что такое децибелы?

Я помню еще со школы, что громкость звука измеряется в децибелах. А в какой-то детской энциклопедии была картинка, из которой я твердо запомнил, что шум взлетающей ракеты — это 150 децибел, и что это выше болевого порога. Правда, взлетающую ракету я ни разу в жизни не видел.
А вот если бы меня спросили о том, что же все-таки за величина такая — децибел, я бы ответить не смог. Честно говоря, в школьном учебнике была написана какая-то муть типа «Единица измерения в 1 децибел (дБ) определяется как десятичный логарифм частного между двумя физическими величинами, для которых единицей измерения служит мощность (энергия в единицу времени)»
Ну кто в здравом уме без необходимости будет пытаться осмыслить это предложение? Никто. Проще заучить и рассказать на экзамене, но понимать для этого вовсе не обязательно. На самом деле все очень просто.

Мы все помним Александра Белла — человека, который изобрел телефон(хотя, внезапно, википедия говорит, что он не изобрел телефон, но изобрел машину для лущения зерна, металлоискатель, вакуумный насос и воздушного змея. А еще он основал National Geographic).

Так вот, он в процессе изучения звуковых процессов тестировал и человеческий слух — определял самый тихий и самый громкий звук, который может услышать человек. Он подавал на динамики звук точно отмерянной мощности и делая поправку на КПД и поглощение звука в воздухе и на границах сред, определял, какая плотность излучения нужна для минимальной слышимости звука, а после какой из ушей начинает течь кровь человек ощущает боль. Он выяснил, что дети с закрытыми глазами и после адаптации в полной тишине начинают слышать звук с интенсивностью всего 10 пиковатт/м². 10 пиковатт распределённых на поверхности в квадратный метр, вдумайтесь! Это при том, что площадь барабанной перепонки к тому же составляет всего 55 мм² — половина тетрадной клетки, а значит она получает всего 0.0001 этой энергии.
Максимальная же нагрузка на уши здорового человека среднего возраста до появления болевых ощущений составила 10 ватт/м². Пиковатт — это ватт в -12 степени, или 0,000000000001 ватта. Таким образом, уши человека имеют динамический диапазон, который покрывает 13 порядков мощности — чтобы получить самый громкий звук, надо усилить самый тихий в 1000000000000 раз. Круто же! Это как блок питания, который может выдавать напряжение от 1 вольта до 1000 киловольт. Как автомобиль, двигатель которого может варьировать мощность от мощности маленького чайника(лошадиная сила, 700Вт) до 7 петаватт(для сравнения, мощность всех АЭС в мире оценивается в 0,4 тераватта, или 0,004 петаватта). Видимо, Белл тоже немного охренел от этого, и не придумал ничего лучше, как разделить весь диапазон слуха на 13 частей и назвать их в свою честь — белы. Получается, что при усилении громкости на 1 бел мощность(ну и громкость) звука увеличивается в 10 раз. На два бела — в 100 раз, и так далее. Правда, в последствии оказалось, что бел — слишком большая единица, и пользоваться ей не очень удобно(размеры бактерий тоже можно в миллиметрах измерять, но гораздо удобнее это делать в микрометрах), поэтому стали пользоваться ДЕЦИбелами — 1/10 частью бела. Соответственно, увеличение на 1 дБ это увеличение в примерно 1.26 раза. Если десять раз умножить на 1.26, то получится 10.
Ну, примерно 10: 1.26*1.26*1.26*1.26*1.26*1.26*1.26*1.26*1.26*1.26=10.08568

Самое главное — надо понимать, что сам децибел — безразмерная величина, хоть он и прикидывается размерной. Без привязки к нулевому значению, децибел только показывает во сколько раз изменилась величина. Если сказать, что уровень звука упал на 5 децибел, это означает что его мощность по сравнению с предыдущим значением упала в 3 с копейками раза(10^(5/10)=3.16). А если мощность подняли в 50 раз, то это даст +17 децибел к громкости(10*lg(50)=16.99)

Но как, если децибел — безразмерная величина(как проценты), им измеряют громкость, мощность, напряжение и так далее? Очень просто — принимая за ноль дБ какое-нибудь значение(оно называется опорным). Значение в каждом случае разное, потому ноль за опорное значение принять нельзя по определению — увеличивая ноль в два раза мы все равно остаемся с нулем. Таким образом, децибел породил целый выводок разных единиц измерения:

dBm (дБм) — единица мощности. В ней измеряют мощность сигналов(она может быть вам знакома по индикации на модеме или телефоне), чувствительность приёмников, мощность передатчиков, и так далее.
Опорный уровень — 1 мВт(эту мощность считают на номинальной нагрузке, типа 50 Ом для радиотехники). Таким образом, сигнал в 20 мВт — это 13 дБм, а сигнал в 0.3 мВт это -5 дБм

Один из вариантов индикатора сигнала в CM показывает как раз значение dBm в тракте приемника.

dBV (дБВ) и младший братик dBuV (дБмкВ) — единицы напряжения. Первое используется в аудио-оборудовании, второе в радио. Опорные напряжения — 1 вольт и 1 микровольт соответственно.
Вот, например, экран какого-то прибора для настройки спутниковых антенн:


dBi (дБи) знакомый всем, кто хоть раз выбирал роутер или антенну к нему. Или ставил спутниковый приемник. Полностью называется скучно и заумно: «изотропный децибел (децибел относительно изотропного излучателя)», но на самом деле все просто. Изотропный излучатель(от латинских слов изо — равный, и тропос — характер) — это такая антенна, диаграмма направленности которой представляет собой ровную сферу. Это значит, что такая антенна равномерно излучает во всех направлениях. Таких антенн не бывает, да и не особо они нужны в реальном мире.
Так вот, дБи показывает, насколько реальная антенна с этим параметром излучает сильнее изотропной. Думаю, всем понятно, что излучать сильнее, чем передатчик антенна не может, поэтому усиление достигается на счет сжатия диаграммы направленности — в одну сторону антенна излучает больше, чем в другую. Ситуация, примерно как с фототехникой, только вместо мощности передатчика — количество пикселей на матрице, а вместо антенны — объектив. Сменой объектива на телевик вы не добьетесь увеличения разрешения фотографии, но зато за счет уменьшения поля зрения качество фотографии удаленного объекта у вас станет лучше. Правда, тут возникает и другая проблема — те, кто снимал телевиком, знают, как тяжело без штатива удержать удаленный объект в кадре. С антеннами та же проблема — даже самые лучшие узконаправленные антенны не очень точно направленные друг на друга, не будут работать, или будут работать плохо — основная часть излучения будет уходить мимо и бесполезно рассеиваться в пространстве.
У каждой нормальной антенны в описании есть картинка, подобная этой:

Это и есть диаграмма направленности. Одна из них показывает горизонтальную, а другая — вертикальную направленность излучения.
В 3д это будет выглядеть примерно вот так:

Самый большой «пузырь» называет основным лепестком(их может быть несколько, кстати), а остальные — боковыми или побочными. Как правило, они не используются в работе, и поэтому от них пытаются избавится — они только оттягивают на себя часть мощности передатчика.
Например, вот диаграмма направленности от очень направленной антенны:


Еще есть такая хитрая штука, как dBFS — dB Full Scale, когда за 0 дБ берется максимальное значение какой-либо шкалы прибора. Если у нас шкала вольтметра составляет 1 вольт, то 0.5 вольта это будет -6 дБ.
Вот шкала моего диктофона с dBFS:

Нужно это в основном для цифровой записи — АЦП настраивается на максимальный уровень громкости, чтобы избежать перегрузки — клиппинга. Допустим, если у вас есть сигнал с амплитудой в полтора вольта, и вы настраиваете верхнюю границу входа АЦП на 1.6 в, чтобы получить с выхода сигнал более высокой разрядности. Но теперь, если вы подадите сигнал с амплитудой больше, чем полтора вольта — например два, то на выходе АЦП все равно будет значении, соответствующее полутора вольтам, потому что АЦП просто не хватит разрядности, чтобы показать вам два вольта. Соответственно, та информация, которая содержится в части сигнала, превышающей полтора вольта будет потеряна при оцифровке. Поэтому, все, знакомые со звуком знают, что положительное значение(да и нулевое тоже, более распространены значения -9 или -18) dBFS это очень плохо, и нуждается в исправлении — как правило, просто снижают громкость входного сигнала снижением усиления, или подключают компрессор/лимитер, который занимается тем же самым, но только на проблемных участках.

Но что-то я отвлекся. Шум тоже измеряется в децибелах, и единица называется dBSPL(dB Sound Pressure Level). В качестве опорного уровня выступает звуковое давление, ниже которого человек не способен уловить звук — 20 мкПа на частоте 1 кГц.
Именно в этих единицах измеряют шум все шумомеры, хоть на них часто и не написано об этом. Кроме этого, в шумомере обязательно присутствует цепочки коррекции, обозначаемые A, B, C. Они необходимы для того, чтобы привести плоскую чувствительность микрофона(она тоже не плоская, но на рабочих частотах она тоже приводится к плоской) к чувствительности уха человека. Она мало того, что не одинаковая на разных частотах, так она еще и изменяется в зависимости от громкости. Информация о чувствительности человеческого ух, сведенная в один график выглядит вот так:

Сами линии называются изофонами, а вместе они составляют семейство линий равной громкости.
Например, точка «0» как раз и представляет собой самый тихий звук(20мкПа/1кГц), который способен услышать человек. Однако, из графика видно, что на частоте в пять раз выше человек способен услышать звук и с меньшим звуковым давлением. А на частоте 8кГц наоборот, мощность звука должна быть почти в два раза больше. Как раз режим коррекции «А» и приводит чувствительность микрофона к изофонам. Режим В — разновидность А, а вот режим C — это чистые dBSPL, звуковое давление, выраженное в децибелах.

Как устроен слух

Но каким образом человеческое ухо может воспринимать такой большой диапазон громкости? Все дело в строение уха.
Хотя, для объяснения стоит начать с рыб. У рыб все устроено довольно просто — ухо у них комбинировано с аппаратом равновесия, который отвечает еще и за чувство ускорения. Если рассматривать только слух, то за него отвечают отолиты — кристаллы кальцита(хотя не обязательно, некоторые раки решили не заморачиваться их выращиванием, и используют вместо них просто песчинки), которые соединены с чувствительными клетками. При воздействии на них звуковой волны статолиты начинают колебаться, что вызывает возбуждение чувствительных клеток и передачу сигналов по нервам в мозг. Этакий биологический гироскоп:

Вся эта конструкция погружена в жидкость(она называется эндолимфа), а звук передается внутрь через мембрану — тонкую пленку, которая не дает контактировать нежному аппарату с внешней средой, но за счет своей малой толщины успешно передает колебания.
В процессе эволюции человека(точнее, задолго до человека — в процессе выхода на сушу) возникла проблема — на суше использовать такую конструкцию без изменений было нельзя, потому что при переходе волны из воздуха в среду с больше плотностью возникают большие потери энергии. Был открыт баг в трекере Эволюция подумала-подумала и родила вот такую хитрую конструкцию:


То, что было у рыб — теперь исполняет только функции вестибулярного аппарата, а обязанности распознавания звука возложены на штуку, которая называет улитка. Она представляет собой структуру из нескольких каналов, диаметр которых непостоянен — чем ближе к центру, тем он меньше. На протяжении всей длинны улитки находятся чувствительные клетки, которые реагируют на колебания перелимфы. Тут самое классное, то, как происходит распознавание разных звуковых частот — звук просто входит в резонанс со стенками улитки, локально повышая амплитуду колебаний в определенном месте. Высокие звуки будут резонировать со стенками в нижних отделах улитки, а низкие — в верхних. Таким образом можно определить частоту звука по тому месту в улитке, которое генерирует наибольший сигнал.