Słuchawki – wyjątkowe konstrukcje

Rynek słuchawek jest obecnie tak różnorodny, że wśród olbrzymiej liczby dostępnych modeli można znaleźć zarówno słuchawki za kilkanaście złotych, jaki i drogie hi-endowe konstrukcje, które nie tylko świetnie się prezentują, ale również zapewniają świetne brzmienie.

Producenci słuchawek stosują w swoich modelach rozmaite, często opatentowane rozwiązania, które mają sprawić, że korzystanie z tych urządzeń będzie prawdziwą przyjemnością, zarówno dla ciała, jak i dla ducha – dzięki reprodukcji bardzo dobrej jakości dźwięku.

Rozmaite są przetworniki elektroakustyczne stosowane w słuchawkach, a także materiały wykorzystywane do ich budowy i sposoby mocowania słuchawek na głowie użytkownika.

Aktywna redukcja szumu

Wciąż dość ekskluzywną techniką, choć dostępną już w znacznie większej liczbie modeli niż jeszcze kilka lat temu, jest aktywna redukcja hałasu, czyli ANC (od ang. Active Noise Cancelling). Rozwiązanie to zmniejsza poziom hałasu docierającego z otoczenia do ucha użytkownika. Dostępne jest zarówno w modelach nausznych, jak i dokanałowych. Zanim jednak trafiło na rynek konsumencki, było z powodzeniem wykorzystywane m.in. przez pilotów, którym znacznie ułatwiało komunikację głosową w hałasie wywoływanym przez silniki samolotów.

Aktywna redukcja hałasu wykorzystuje maleńkie mikrofony, które są zintegrowane ze słuchawkami i monitorują dźwięki otoczenia docierające do ucha użytkownika słuchawek. Dźwięki te są analizowane przez układ cyfrowego przetwarzania i na tej podstawie wytwarzany jest sygnał kompensujący hałas, który jest do niego przeciwny w fazie. Przekładając to na język fotograficzny, można by powiedzieć, że jest to „negatyw” sygnału reprezentującego hałas. W idealnym przypadku wynikiem działania takiego układu byłaby całkowita redukcja zakłóceń. Jednak ze względu na to, że hałas jest mocno nieregularnym, trudnym do zaszufladkowania sygnałem, jego całkowite zredukowanie jest praktycznie niemożliwe. Tutaj pozostaje zatem olbrzymie pole do popisu dla projektantów i inżynierów, aby stworzyć taki model, który skutecznie będzie eliminował hałas otoczenia, zanim ten dotrze do ucha użytkownika słuchawek. Jeśli tylko jest taka możliwość, warto przed zakupem sprawdzić działanie układu ANC, bo zależnie od producenta słuchawek może on mieć różną skuteczność. Zależy ona również od pasywnego tłumienia hałasu, czyli tego, jak szczelnie słuchawki zatykają kanał uszny. Istotne jest też to, aby układ redukujący hałas nie miał wpływu na dźwięk ostatecznie docierający do ucha użytkownika. W praktyce zrealizowanie skutecznego układu ANC nie jest więc łatwym zadaniem. Dlatego też modele go wykorzystujące są z reguły droższe od porównywalnych modeli pozbawionych aktywnej redukcji hałasu.

Producenci słuchawek zwracają szczególną uwagę nie tylko na brzmienie, ale również na wzornictwo wprowadzanych na rynek modeli.

Ekskluzywne i drogie konstrukcje

W sprzęcie audio, a więc również w słuchawkach, dostępne są wyjątkowe, hi-endowe konstrukcje. Tego typu modeli nie brakuje na różnego rodzaju targach i wystawach sprzętu audio, gdzie producenci chętnie eksponują swoje „topowe” modele, wyjątkowe pod względem wzornictwa, jakości wykonania i brzmienia. Nie mamy tu na myśli jedynie różnorodnych kształtów nauszników czy elementów dokanałowych ani olbrzymiej różnorodności kolorystycznej, z jaką niewątpliwie mamy do czynienia w słuchawkach. Wyjątkowe są zwłaszcza materiały użyte do budowy słuchawek, które sprawiają, że słuchawki nie tylko brzmią oryginalnie, ale przede wszystkim oryginalnie wyglądają. Niekiedy nawet już po samym wzornictwie słuchawek można rozpoznać może nie konkretny model, ale przynajmniej to, z jakim producentem mamy do czynienia.

Producenci hi-endowych słuchawek zwykle nie oszczędzają na materiałach. Często stosują unikalne surowce, a nawet kamienie szlachetne, przyozdabiając nimi obudowy słuchawkowe, np. w konstrukcji słuchawek Edition 15 firmy Ultrasone wykorzystano drewno wiśni amerykańskiej, które znajduje często zastosowanie przy budowie instrumentów muzycznych. Z kolei model Utopia marki Focal dostępny jest w specjalnej wersji pokrytej 18-karatowym złotem.

Do wyjątkowych konstrukcji nie sposób nie zaliczyć także systemów słuchawkowych współpracujących ze wzmacniaczami lampowymi. Są to m.in. słuchawki Sennheiser Orpheus HE-1. Podobne rozwiązanie oferuje firma HiFiMan z modelem Shangri-LA.

W referencyjnym modelu AH-D7200 marki Denon stosowana jest technika FreeEdge, która umożliwia membranie przetwornika precyzyjne poruszanie się wzdłuż osi i osiągnięcie najniższego możliwego poziomu zakłóceń i dużej dynamiki.

Modele planarne

Do wyjątkowych, hi-endowych konstrukcji możemy zaliczyć słuchawki planarne. Choć swoją budową przypominają one klasyczne, nauszne słuchawki dynamiczne, są to w rzeczywistości wyjątkowe i niezwykłe konstrukcje. Na całej powierzchni drgającej membrany mają zamontowaną spiralną cewkę, która jest z membraną połączona na stałe. Ze względu na budowę wykorzystywanego przetwornika magnetoakustycznego, która charakteryzuje się dużą powierzchnią pracy, wyróżniają się naturalnym, szczegółowym i dynamicznym brzmieniem, a także głębszą i szerszą sceną dźwiękową, niż ma to miejsce w wypadku modeli z przetwornikiem dynamicznym.

Różnorodną ofertę modeli planarnych ma firma HiFiMan. Tego typu konstrukcję znajdziemy również w ofercie marki Oppo (np. model PM-3). Choć mogłoby się wydawać, że konstrukcje planarne to raczej domena dużych modeli nausznych, to jednak na rynku dostępne są również modele dokanałowe wykonane w tej technice. Prekursorem takiego rozwiązania była firma Audeze, która wprowadziła na rynek modele iSine 10 i iSine 20, a obecnie oferująca również takie modele jak iSine VR czy iSine LX.

Słuchawki z aktywną redukcją szumu świetnie sprawdzą się w plenerze. Dobrze radzą sobie zwłaszcza z redukcją hałasu niskoczęstotliwościowego.

Opatentowane rozwiązania

W słuchawkach nie brakuje innowacyjnych rozwiązań, które ich projektanci i producenci często patentują, by móc z nich korzystać na wyłączność lub udzielać stosownych licencji na użytkowanie. Nie sposób tutaj wymienić wszystkich patentów, które stosuje się w sprzęcie słuchawkowym. Posłużymy się więc jedynie przykładowymi rozwiązaniami. Jednym z nich jest S-Logic niemieckiej firmy Ultrasone, która specjalizuje się w produkcji słuchawek. Jest to technika umożliwiająca wytworzenie naturalnie brzmiącego dźwięku przy wykorzystaniu dwóch przetworników słuchawkowych (bez dodatkowych układów elektronicznych przetwarzających sygnał audio). Dzięki odpowiednio ukształtowanemu elementowi umieszczonemu przed membraną przetwornika dźwięk odbierany jest przez użytkownika jako pochodzący z przestrzennego źródła dźwięku.

Technika S-Logic zapewnia dźwięk bogaty w detale, nawet przy niskich poziomach głośności. Zamiast wykorzystywania ucha wewnętrznego, jak w konwencjonalnych konstrukcjach, w modelach z systemem S-Logic sygnały są odbijane od powierzchni ucha zewnętrznego w różnych kierunkach, zanim zostaną skierowane do wewnątrz, tworząc dzięki temu trójwymiarowy dźwięk. Modyfikacją tego rozwiązania jest technika S-Logic EX. Wykorzystuje ona specjalnie zaprojektowany przetwornik z tytanową membraną w kształcie tunelu i ukierunkowaną w dół i do frontu. Pozwala to na zachowanie optymalnej odległości od ucha słuchacza, co przekłada się na szerszą scenę dźwiękową.

W modelach marki Ultrasone stosowane jest też rozwiązanie o tajemniczym akronimie ULE (od ang. Ultra Low Emission). Jest to technika ekranowania przetwornika elektroakustycznego wykorzystująca mumetal – stop składający się z 77 proc. niklu, 16 proc. żelaza, 5 proc. miedzi i 2 proc. chromu lub molibdenu. Pozwala na redukcję szkodliwego promieniowania elektromagnetycznego o nawet do 98 proc.

Do wyjątkowych modeli możemy też zaliczyć referencyjne słuchawki Denon AH-D7200 z przetwornikami zaprojektowanymi w technice FreeEdge. Zostały one wykonane z nanowłókna i wyróżniają się dużą sztywnością oraz niewielką masą. Zapewnia to brak zniekształceń, a także eliminację niepożądanych rezonansów membrany. Przetwornik wykorzystuje CCAW (Copper-Clad Aluminium Wire). Jest to rodzaj przewodnika stosowany do budowy cewek akustycznych, w których przewód aluminiowy jest powlekany miedzią. Pozwala to na uzyskanie lżejszej konstrukcji przy zachowaniu dużej mocy i precyzji w odwzorowaniu niskich i średnich tonów, a tym samym osiągnięcie szerokiego pasma przenoszenia

W niektórych modelach stosowane są nawet proste korektory brzmienia wykorzystujące cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Tego typu rozwiązanie stosuje firma MEE Audio w modelu CinemaEAR. Pozwala to na dostosowanie trybu odtwarzania dźwięku do preferencji użytkownika, który może wybrać jeden z kilku dostępnych sposobów cyfrowego przetwarzania sygnału. Są to m.in. tryb zwiększający czystość dialogów czy wzmacniający niskie częstotliwości.

W słuchawkach marki Ultrasone stosowana jest technika S-Logic (i jej odmiany – S-Logic Plus lub S-Logic EX), która zapewnia wyjątkowo realistyczne stereofoniczne brzmienie.

Wytrzymałe słuchawki

Słuchawki mogą być też odporne na czynniki zewnętrzne. Najczęściej jest to odporność na wodę, ale nie całkowita. Zwykle jest to wytrzymałość na zachlapanie, co określane jest symbolicznie jako IPX5, zgodnie z międzynarodową klasą szczelności International Protection Rating. W praktyce oznacza to ochronę przed strugą wody (12,5 l/min) laną na obudowę z dowolnej strony.

Zwykle wzmocnioną odporność mechaniczną stosuje się w wypadku słuchawek dla osób, np. biegających lub trenujących na siłowni. Często są to modele dokanałowe, a więc lekkie i kompaktowe, niezajmujące dużo miejsca, a także nieprzeszkadzające podczas wykonywania różnego rodzaju ćwiczeń. Elementy tego typu słuchawek można nawet umyć po treningu, bez obaw o uszkodzenie sprzętu.

Dla osób lubiących aktywnie spędzać czas wolny przy muzyce ze słuchawek doskonałych rozwiązaniem mogą okazać się modele z mocowaniem na szyję lub za uchem. Modele dokanałowe mogą mieć ponadto specjalne wypustki na obudowach przetworników, które dopasowują się do kształtu małżowiny usznej. Dzięki temu nawet przy wykonywaniu dynamicznych ruchów słuchawki nie wypadną z ucha.

Na rynku dostępne są również słuchawki wyposażone w pulsometr, który zbiera informacje biometryczne związane z aktywnością sportową użytkownika. Dzięki temu można np. monitorować akcję serca w czasie rzeczywistym. Pomiary dokonywane są w uchu wewnętrznym, a analiza pomiarów przeprowadzana jest z użyciem aplikacji mobilnej.

Dokanałowe słuchawki wykorzystujące standard Bluetooth mogą mieć jedynie krótki kabel łączący obydwa przetworniki elektroakustyczne lub są całkowicie pozbawione okablowania przesyłającego sygnał audio.

Różnorodne konstrukcje kabla

W słuchawkach ważnym elementem jest przewód słuchawkowy. Jest on zwykle dostępny, nawet w nausznych modelach bezprzewodowych, jako „awaryjne źródło zasilania”. Konstrukcja kabla jest istotna zarówno ze względu na trwałość, jak i komfort użytkowania. Solidny przewód, wyposażony w dobrej jakości złącza (proste lub kątowe), zapewni długotrwałe korzystanie ze słuchawek. W droższych modelach stosowane są rozmaite przekroje przewodu, a także różnego rodzaju materiały na oplot przewodnika. Przewód może mieć też płaską konstrukcję, która ma zapobiegać splątywaniu się. Dzięki temu np. po wyjęciu słuchawek z pokrowca czy etui nie musimy za każdym razem spędzać sporej ilości czasu na rozplątywaniu okablowania.

Słuchawki bezprzewodowe

Ze względu na olbrzymią popularność urządzeń mobilnych, które wyposażone są w moduł Bluetooth, na popularności zyskują również modele obsługujące ten standard komunikacji bezprzewodowej. Słuchawki z Bluetooth mogą obsługiwać również funkcję NFC (od ang. Near Field Communication), dzięki której nawiązanie połączenia bezprzewodowego jest znacznie szybsze i wygodniejsze. Nie jest to jednak aż tak popularne i tak konieczne rozwiązanie w słuchawkach, ponieważ wiele smartfonów, z którymi one najczęściej współpracują, nie obsługuje funkcji NFC.

Warto zwrócić uwagę na to, którą wersję standardu Bluetooth obsługuje urządzenie. Co prawda, nowsze wersje modułu Bluetooth są kompatybilne wstecz, czyli np. słuchawki z Bluetooth 4.0 będą mogły współpracować z urządzeniem obsługującym Bluetooth w wersji 2.0, ale im nowsza wersja tego standardu, tym mniejsze zużycie energii, a tym samym możliwy dłuższy czas pracy słuchawek na baterii. Zależnie od wersji standardu Bluetooth inna jest przepustowość łącza bezprzewodowego. Dla Bluetooth 3.0 wynosi ona 24 Mbit/s. W przypadku wersji 4.0 przepustowość została znacznie zmniejszona (do 1 Mbit/s), ale kosztem wspomnianego ograniczenia poboru energii. Nowsza wersja standardu ma też wydłużony czas czuwania – urządzenie może być w trybie oszczędzania energii aż do momentu otrzymania odpowiedniego polecenia aktywującego pracę, np. rozpoczęcia odtwarzania muzyki na smartfonie sparowanym ze słuchawkami.

Wyjątkowe słuchawki wymagają równie wyjątkowego, solidnie wykonanego pokrowca, który umożliwi ich komfortowe przenoszenie.

Kodowanie aptX i aptX HD

Modele wykorzystujące standard Bluetooth do transmisji sygnału audio coraz częściej obsługują przetwarzanie z wykorzystaniem kodowania aptX. Standard ten został opracowany przez firmę Qualcomm. Zapewnia parametry techniczne sygnału porównywalne z tymi, które uzyskiwane są w wypadku płyty CD, jednak wykorzystuje kompresję o współczynniku 4:1. W wypadku płyty CD nie mamy jednak do czynienia z kompresowaniem sygnału audio. Technicznie więc nie można porównywać tych dwóch systemów przetwarzania, choć zarówno dla płyty CD, jak i kodowania aptX częstotliwość próbkowania wynosi 44,1 kHz, a rozdzielczość 16 bitów na pojedynczą próbkę (przepływność w aptX to 352 kbit/s). Niektóre modele słuchawek obsługują również bardziej zaawansowane rozwiązanie – kodowanie aptX HD, w wypadku którego przetwarzanie jest nie 16-, a 24-bitowe, częstotliwość próbkowania wynosi 48 kHz, a szybkość transmisji danych sięga 576 kbit/s. Kodowanie aptX HD zadebiutowało w 2016 r. Jednym z powodów, dla których zostało opracowane było m.in. zwiększenie parametru SNR (stosunku sygnału użytecznego do szumu), co miało poprawić jakość odtwarzanego dźwięku i umożliwić dobre odtworzenie szczegółów w sygnale audio.

W słuchawkach dla aktywnych popularnym rozwiązaniem jest mocowanie zauszne. W modelach bezprzewodowych sterowanie może być ukryte w jednym z takich elementów zausznych.

Pojemna bateria

Bezprzewodowość słuchawek to nie wszystko. Istotny jest również maksymalny czas ich pracy na baterii, aby nie było konieczne częste ładowanie zintegrowanego ze słuchawkami akumulatora (najczęściej litowo-jonowego). Oprócz wykorzystywanej wersji Bluetooth będzie on zależny po prostu od pojemności zastosowanej baterii.

Innowacyjne akumulatory mogą mieć funkcję szybkiego ładowania. Dzięki temu już kilkunastominutowe podłączenie do zasilania pozwala naładować baterię słuchawek na tyle, by można było z nich korzystać bezprzewodowo przez ok. 1 do 2 godz. Pełne naładowanie akumulatorów, zależnie od modelu słuchawek, może wystarczyć nawet na więcej niż 10 godz. Na rynku dostępne są modele, których producenci podają maksymalny czas odtwarzania muzyki na pełnym naładowaniu akumulatora jako 1 dobę, co jest rewelacyjnym osiągnięciem.

Warto pamiętać, że zasilania wymagają również układy aktywnej redukcji hałasu, o których wspominaliśmy wcześniej. Może to być zasilanie akumulatorowe, podobnie jak w wypadku modeli bezprzewodowych pozbawionych ANC, lub też zasilane klasycznymi paluszkami, np. typu AAA. Aby zmniejszyć zużycie baterii, niezależnie od jej konstrukcji, zwykle mamy możliwość wyłączenia systemu aktywnej redukcji hałasu.

Specjalnie rozmieszczone i odpowiednio ukształtowane magnesy w elektrostatycznym modelu Susvara firmy HiFiMan sprawiają, że przechodząca przez nie fala akustyczna nie ulega zniekształceniu.