Типы драйверов в наушниках: динамические, арматурные, планарные — и почему это неважно

Что обещает маркетинг

Откройте страницу почти любых внутриканальных наушников дороже ста долларов. Там будет схема: корпус в разрезе, стрелочки к драйверам, подписи — «трибридная архитектура», «8 драйверов на канал», «электростатические твитеры Sonion». Подтекст: больше драйверов — лучше звук, арматура — «детальность», планар — «скорость», динамический драйвер — «телесный бас».

У этой картины есть одна проблема: физика. Звук наушника полностью описывается измеримыми величинами, и тип драйвера в этом описании отдельной строкой не значится. Проверить это можно на 25 моделях из нашего тир-листа: у них известны и количество драйверов, и цена, и итоговая АЧХ.

Наушники — минимально-фазовая система

Наушники ведут себя как минимально-фазовая система: внутриканальные — во всей слышимой полосе, полноразмерные — почти во всей, кроме области выше ~10 кГц. Фазовый отклик у такой системы не самостоятелен — он однозначно высчитывается из амплитудного отклика, АЧХ. А из пары «амплитуда + фаза» математически восстанавливается импульсный отклик: то, как наушник отрабатывает дельта-функцию, щелчок, атаку барабана, затухание струны.

В «атаке», «скорости» и «послезвучиях» нет информации, которой не было бы в АЧХ, — это свойство преобразования Фурье. Инженер-акустик oratory1990 — один из самых цитируемых измерителей наушников, его данные лежат в основе базы AutoEq — формулирует прямо: «В затухании нет информации, которой нет в амплитудной частотной характеристике. Не в минимально-фазовой системе». В его же слепых тестах впечатление слушателей от «точности транзиентов» коррелировало не с тем, использовался ли эквалайзер, а с формой частотной характеристики.

Когда планару приписывают «скорость», а арматуре «детальность», речь о свойствах конкретной кривой АЧХ. Приподнятые высокие читаются как «воздух и детали», ослабленный верхний бас — как «быстрый бас». Всё это видно на графике и достижимо любым типом драйвера, у которого хватает линейности THD.

У этой физики есть границы. У полноразмерных наушников в верхней октаве, выше ~10 кГц, встречаются неминимально-фазовые резонансы — там связь «АЧХ определяет всё» слабеет. И АЧХ на стенде — не АЧХ в вашем ухе: исследование в Acta Acustica показало, что у вкладышей разброс до 15 дБ на 90 Гц между посадками (медиана 7,4 дБ), а выше 6 кГц геометрия ушной раковины сдвигает пики и провалы индивидуально. Обе оговорки ограничивают точность измерения, и тип драйвера никак на это не влияет.

Слепые тесты: предпочтение предсказывает кривая АЧХ

Если звук определяется АЧХ, то и предпочтения слушателей должны предсказываться АЧХ — вне зависимости от того, какой набор драйверов её воспроизвёл. Ровно это показали исследования Harman под руководством Шона Олива (экс-президент Audio Engineering Society). В его обзорной статье в Acoustics Today описана модель, которая предсказывает оценку наушников в слепом тесте по двум параметрам: отклонению АЧХ от целевой и наклону (slope). В выборках были и динамические драйверы, и планары, открытые и закрытые конструкции.

Там же — про деньги: два исследования, покрывшие суммарно больше 400 моделей, не нашли корреляции между розничной ценой наушников и их частотной характеристикой. Сам Олив писал: «Цена наушников — ненадёжный показатель того, как они звучат».

Рейтинг, который мы считаем для каждой модели тир-листа, — та самая модель Олива (версия для внутриканальных, Olive IE 2019 v2): число от 0 до 100, прогноз предпочтения в слепом тесте.

Проверяем: 25 моделей, конфигурация и измерения

Берём все внутриканальные модели нашего тир-листа, у которых есть измерения АЧХ; конфигурация каждой — со страницы производителя. Сортировка по рейтингу:

Что видно из таблицы:

• Трибрид Hisenior Mega5EST — $549, электростаты Sonion, арматуры Knowles — набирает 69,5. Столько же (69,2) стоят в таблице однодрайверные 7Hz Zero:2 за $25. А Moondrop Quark 2 DSP за $17 опережает этот трибрид на 15 баллов.
• Гибрид AFUL Explorer за $119 — последнее место, 62,5: ниже любой модели сингл ДД из таблицы, включая KZ Dawn за $10.
• Семь драйверов Moondrop Meteor против одного драйвера Quark 2 DSP — 85,7 против 84,2. Полтора балла разницы — внутри погрешности прогноза (±2,2) — при тридцатикратной разнице в цене.
• Вершина таблицы при этом — сплошь мультидрайверы: Variations, K9, Nova настроены лучше всего.

Средний рейтинг однодрайверных моделей выборки — 77,2 при средней цене $35. Средний рейтинг мультидрайверных — 80,3 при средней цене $315. Три балла из ста — за девятикратную разницу в цене. И это на выборке из тир-листа, куда откровенный хлам не попадает вовсе.

Состав драйверов не позволяет предсказать качество звучания. Измерения АЧХ — позволяют.

На что тип драйвера влияет: leakage tolerance

Есть два измеримых отличия у типов драйверов.

Первое — устойчивость к утечке. Мембрана арматуры — жёсткая металлическая пластина с малым ходом; динамический драйвер — тонкая плёнка, способная колебаться с большей амплитудой. Когда посадка неплотная и акустическое сопротивление падает, динамический драйвер частично компенсирует потерю давления ходом мембраны, арматура — нет. «Арматурный бас» — это, по формулировке oratory1990, не характер, а «неспособность арматурного драйвера компенсировать утечку и спад давления на низких частотах». Отсюда трёхфланцевые глубокие насадки в Etymotic — герметичность для арматуры критична. И отсюда же стандартная схема дорогих гибридов: бас — ДД, верх — арматура.

На что тип драйвера влияет: искажения

Второе отличие — количество искажений. Пара Etymotic ER2 и ER4: один производитель, схожая АЧХ и разные драйверы. Динамические ER2 держат гармонические искажения ниже 0,1% при 80 дБ; арматурные ER4 на той же громкости дают около 1% — на порядок больше — с преобладанием третьей гармоники и пиком в районе 800 Гц. Измерения Archimago показывают ту же тенденцию у ER-4B: третья гармоника — доминирующая, около 1% на большей части слышимого диапазона при ~95 дБ.

На адекватной громкости эти искажения чаще всего ниже порога слышимости, и хорошие арматурные наушники остаются хорошими наушниками. Но даже там, где типы драйверов действительно различаются, разница — лишь число, а не «звучание технологии».

Зачем тогда вообще мультидрайверы

Затем, что это инструмент настройки АЧХ. Несколько драйверов с кроссовером дают инженеру свободу: развести полосы, вытянуть самый верх, поднять бас без роста искажений. Moondrop Variations — пример того, что этим инструментом можно получить 89,9 из 100. Hisenior Mega5EST — пример того, что тем же инструментом можно получить 69,5 за те же деньги. А Quark 2 DSP — что и без этого инструмента бывает 84,2 за $17.

Как это использовать при выборе

Не читайте маркетинговые буклеты с сайтов про количество излучателей. Близость АЧХ к эталону, искажения, цена — всё это есть на страницах измерений каждой модели нашего тир-листа, включая рейтинг, с помощью которого считалась таблица выше. Единственный случай, когда количество драйверов стоит знать до покупки, — чистая арматура без компенсации давления (non-vented): к ней придётся подбирать насадки до полной герметичности, иначе баса не будет.

Если на странице наушников схема драйверов есть, а графика АЧХ нет — вам показывают начинку, потому что больше показать нечего.