Data publikacji: Czwartek, 21.09.2023

Jaki rodzaj słuchawek ze względu na rodzaj dźwięku? Przetworniki dynamiczne, elektrostatyczne, ortodynamiczne czy kotwiczkowe?

Pierwsze modele słuchawek pojawiły się pod koniec XIX wieku, a więc przed wynalezieniem radia. Służyły one operatorom telegrafów oraz centrali telefonicznych, a ich kształt oraz podstawy konstrukcji nie zmieniły się praktycznie w ogóle od tamtego czasu. Nie oznacza to jednak, że na przestrzeni lat inżynierowie i wynalazcy nie poczynili żadnych postępów w kwestii ich wewnętrznej budowy. Największy postęp dokonał się w obszarze przetworników, a więc komponentów odpowiadających za generowanie dźwięku słyszanego przez użytkownika. Dzięki temu fundamentalnej poprawie uległy parametry odtwarzanego sygnału audio. Tłumaczmy zatem, jak działają przetworniki, oraz porównujemy ze sobą ich najpopularniejsze typy, które znajdziemy w sprzedawanych obecnie słuchawkach.

Spis treści

Jak działają przetworniki w słuchawkach?
Rodzaje przetworników w słuchawkach – przegląd

Jak działają przetworniki w słuchawkach?

Przetworniki umieszczone są we wnętrzu słuchawki i odpowiadają za wprowadzanie powietrza w drgania, które są odbierane przez ucho jako dźwięk. Zasada działania przetwornika nie zmieniła się od ponad 100 lat, ale jego konstrukcja przeszła spore zmiany. Producenci byli nie tylko w stanie zmniejszyć ich rozmiary, ale także poprawić jakość odtwarzanego sygnału audio, stosując bardziej zaawansowane metody produkcji, materiały, a także innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne.

Przetwornik działa praktycznie identycznie jak zwykły głośniki. Przetwarza on sygnał elektryczny na serię wspomnianych już drgań. Mechanizm dokonuje tego dzięki elektromagnesowi podnoszącemu się i opadającemu w niezwykle szybkim tempie, za sprawą prądu przepływającego przez otaczającą go cewkę. Dźwięku nie wydaje jednak sam ruch magnesu, ale cienka membrana, z którą jest połączony.

Mechanizm przetwornika może mieć bardzo różne wymiary. Im są one większe, tym mocniejszy dźwięk jest w stanie wydać urządzenie, co przekłada się na jego pełniejszą barwę oraz poziom słyszalnych basów. W słuchawkach dousznych i dokanałowych przetworniki mają średnicę kilku milimetrów, w klasycznych modelach nausznych mają zazwyczaj ok. 40–50 milimetrów. Większe przetwornik mają silniejsze zapotrzebowanie na energię elektryczną, więc do długiego działania wymagają większego napięcia lub bardziej pojemnej baterii w urządzeniach bezprzewodowych.

Rodzaje przetworników w słuchawkach – przegląd

We współczesnych słuchawkach montuje się kilka rodzajów przetworników, których charakterystykę zamieściliśmy poniżej.

Przetworniki dynamiczne

Jest to najczęściej stosowany typ przetwornika, który odznacza się najprostszą budową, opartą na magnesie poruszającym się w górę i dół dzięki okalającej go cewce przewodzącej prąd. Przetworników tego typu używa się we wszystkich typach słuchawek, począwszy od najmniejszych modeli dokanałowych, a skończywszy na największych urządzeniach nausznych.

Zaletą przetworników dynamicznych jest ich prosta konstrukcja, przekładająca się na niską cenę. Ich największą wadą jest to, że potrafią one zniekształcać dźwięk, zwłaszcza przy dużej głośności, przez co nie są specjalnie cenione przez bardziej wymagających użytkowników i melomanów.

Oczywiście należy podkreślić, że przetwornik dynamiczny w słuchawce za kilkanaście i kilkaset złotych nie będzie taki sam. Jakość uzyskiwanego w nich dźwięku zależy bowiem od użytych materiałów oraz procesu produkcyjnego. Względną nowością się przetworniki dynamiczne wyposażone w membranę neodymową. Magnesy w ich konstrukcji są wykonane z neodymu – ten rzadki pierwiastek sprawia, że są bardziej niezawodne i odporne na zakłócenia, co przekłada się na poprawę jakości dźwięku.

Przetworniki ortodynamiczne

Przetworniki ortodynamiczne to bardziej skomplikowany mechanizm spotykany wyłącznie w dużych słuchawkach nausznych z wyższej półki cenowej. Po raz pierwszy zaczęły być one stosowane w latach 70. ubiegłego wieku. Prąd nie przepływa tutaj przez cewkę, ale płaski przewodnik przeprowadzony po powierzchni okrągłej membrany z tworzywa sztucznego, która jest całkowicie płaska lub ma pofałdowaną powierzchnię. Sama membrana jest zamontowana pomiędzy dwoma ażurowymi magnetycznymi dyskami. Pod wpływem elektryczności ulega ona odkształceniu w polu magnetycznym, generując drgania zamieniające się w dźwięk.

Rozwiązanie to niweluje najważniejsze problemy, z jakimi spotykamy się w klasycznych przetwornikach dynamicznych. Pozwala to na osiąganie dużego poziomu głośności bez obawy o występowanie zniekształceń i zakłóceń, co wynika z tego, że membrana drga w ten sam sposób na całej swojej powierzchni. Na jakość dźwięku negatywnie wpływać mogą niedoróbki produkcyjne, których skutkiem jest niewłaściwie wykonana perforacja dysków lub wytwarzane przez nie niejednorodne pole magnetyczne.

Przetworniki ortodynamiczne były oryginalnie zaprojektowane z myślą o głośnikach. Mechanizmu nie da się skutecznie zminiaturyzować, przez co pozostaje dość niszowym rozwiązaniem w przypadku słuchawek.

Przetworniki elektrostatyczne

Z pozoru budowa przetwornika elektrostatycznego jest podobna do ortodynamicznego. Tutaj także membrana jest rozpięta pomiędzy dwoma dyskami, mechanizm nie używa jednak magnesów. Metalowe dyski są natomiast elektrodami, przez które przepływa prąd, membrana porusza się pomiędzy nimi za sprawą jej ładunku statycznego, przez co jest przyciągana do jednej lub drugiej płytki, intensywnie wibrując. Wytwarzany w ten sposób dźwięk dociera do ucha użytkownika za sprawą perforacji na powierzchni elektrod.

Przetworniki elektrostatyczne pracują w bardzo szerokim zakresie częstotliwości, bardzo wiernie odtwarzając dźwięk bez słyszalnych zniekształceń. Do poprawnego działania wymagają jednak dużego napięcia elektrycznego, co oznacza, że pracują optymalnie tylko po podłączeniu posiadających je głośników lub słuchawek do odpowiednio mocnego wzmacniacza audio.

Elektrostatyki można stosować w każdym typie słuchawek, są one też stosunkowo najlżejszymi i najcieńszymi przetwornikami na rynku. Z drugiej strony spotykane są niezwykle rzadko, wyłącznie w urządzeniach z wyższej półki cenowej.

Przetworniki armaturowe

Przetworniki nazywane też nieraz przetwornikami zrównoważonymi z kotwicą lub przetwornikami kotwiczkowymi. Ich konstrukcja przypomina małe pudełko z otworem, z które wydostaje się dźwięk. We wnętrzu znajdziemy magnesy oraz ruchomą kotwicę, na którą jest nawinięta cewka. Ta zaczyna drgać pod wpływem prądu, uderzając w połączoną z nią sztywną membranę. Generowane drgania dźwiękowe uciekają na zewnątrz przez otwór akustyczny do ucha użytkownika.

Kotwiczkowe konstrukcje są spotykane przede wszystkim w specjalistycznych słuchawkach studyjnych i słuchawkach audiofilskich Hi-Fi z wysokiej półki cenowej, a także w sprzęcie militarnym i aparatach dla niedosłyszących. Przetworniki cenione są przez audiofilów i melomanów, a dzięki niewielkim rozmiarom mogą być montowane w słuchawkach dousznych i dokanałowych. Zdarza się, że używa się ich razem z przetwornikami dynamicznymi dla zapewniania jak najszerszego spektrum pasma dźwiękowego.

Zdjęcie: Envato Elements