С вероятностью в 70 процентов вы читаете этот материал на смартфоне. Многие делают это не в наушниках, а через динамики своего устройства. Но при этом почему-то мы этому уделяем мало внимания. Есть — и хорошо. Стерео — вообще класс. А на самом деле это очень важно.

Статистика просмотров нашего YouTube-канала по типу устройств

Наверняка вы знаете, что телефоны звучат совершенно по разному. Где-то плоский и невыразительный звук, а где-то объемный и приятный.

Сегодня мы сравним звук на кнопочной звонилке, бюджетнике, iPhone и топовой акустике. А заодно разберемся почему они звучат по разному? Чтобы ответить на этот вопрос нам придётся разобраться, в том:

  • Как формируется акустика в таком маленьком корпусе?
  • На какие ухищрения идут производители, чтобы звук казался объемнее, чем он есть?
  • Чем объективно отличается хороший звук от плохого?

Обо всём этом мы и расскажем сегодня! Как вы поняли, сегодня мы будем много слушать, так что лучше смотреть наше видео в наушниках. Хотя и без них вы почувствуете разницу. Надеюсь. Что ж, приятного просмотра, то есть прослушивания.

Начнём с того, что реализовать хорошую акустику в таком маленьком корпусе чрезвычайно сложно. Потому что, для воспроизведения басов нужен динамик большого размера. И естественно многие производители не заморачиваются. Поэтому мы условно можем разделить все смартфоны на две категории: с простой акустической схемой и со сложной.

Простая акустика

Начнём с самого простого варианта. Сейчас так уже не делают, а еще лет пять назад делали постоянно. Поэтому сначала заглянем внутрь какого-нибудь старого смартфона, например Samsung Galaxy S5.

Вы наверно уже не помните, но тогда в порядке вещей считалось… расположить динамик на спинке смартфона.

Идея была простая. Дниамик большой, боком его не повернёшь. Поэтому единственным вариантом было расположить динамик — мембраной наружу, насколько это возможно. Поэтому динамики, как правило располагали, на задней стенке.

Именно такая конструкция стоит в телефоне Nokia 8110, который нам известен также как «банан». И он играет у нас в ролике: не забудьте сравнить с оригиналом!

Но была и компания HTC, которые ввели в моду на фронтальные стереодинамики (в смартфоне HTC One M7 и последующих). Вот так они, кстати, выглядели.

Такая прямолинейная компоновка давала свои плоды, но были и минусы. Когда мембрана динамика движется, она толкает воздух и тем самым создает звуковые волны спереди. Но мембрана движется не только вперёд, но и назад! А занчит такие же волны создаются и сзади, причем в противофазе. И это огромная проблема!

В акустике она известна давно. Именно поэтому и существует масса различных дизайнов колонок, каждый со своими плюсами и минусами. Только посмотрите на эти дизайны.

Так вот, если в корпусе смартфона передние и обратные волны не отделены друг от друга, мало того что происходит потеря мощности, из-за того что волны разной фазы гасят друг друга. Так еще и появляются нежелательные призвуки и дребезжания.

И это еще полбеды. Мода на безграмотность вынудила производителей пихать динамики поглубже в корпус и мы стали слышать не прямой дребезжащий звук, а переотраженный. Плюс дополнительные прокладки от воды и пыли стали дополнительно глушить звук.

Сложная акустика

И прежде, чем перейдем к сложной акустике — такой как в Xiaomi Mi 10 Pro, например. Спасибо магазину Sibdroid.ru. Ребята достали для нас этот смартфон. Это крутой магазин, с точками в Москве, Новосибирске и доставкой по всей России. Интересный выбор. А по промокоду Droider скидки на телефоны и ноутбуки. Плюс бесплатная наклейка защитного стекла или гидрогелевой пленки — кстати? тоже интересная тема. В общем, переходите по ссылке, если хотите смарт с хорошим звуком!

Так почему же тогда современные смартфоны звучат не хуже, чем раньше, а как правило с каждым годом лучше?

Перейдем к сложной акустической схеме. Вы наверное замечали, что в помещении и на улице телефон звучит по-разному. Стоит выйти на улицу и звук куда-то улетучивается. А если перейти из большого помещения в маленькое, то звук наоборот становится заметно громче. Почему так происходит?

Дело в том, что в помещении звуковой волне есть от чего переотразиться ну или срезонировать. Любое ограниченное пустое пространство может быть резонатором. Это может быть стакан, корпус гитары и даже целая комната.

Так что же придумали инженеры? Они решили поместить динамик внутри смартфона в свою отдельную комнату-резонатор!

Поэтому если раньше динамики в смартфонах выглядели вот так:

То теперь… А впрочем, сможете сами найти динамик вот на этом фото? Это, кстати, Pixel 4 XL.

Ну что получилось?

Вот он. Это основной динамик.

А вот это разговорный!

Не находите, что техника стала немного сложнее?

Так вот, в лучших по звучанию смартфонах, драйверы динамиков устанавливаются внутри коробки или корпуса. Чем больше корпус, тем более эффективной будет акустическая система. Если места под динамик выделили мало, то звук будет гаситься из-за противодавления, вызванного движущейся мембраной, толкающей и притягивающей крошечный объём воздуха в корпусе. Поэтому в хорошо звучащих моделях динамик это чуть ли не самая большая деталь в корпусе.


Еще одним нововведением стали шарики. Если смотрели ролики JerryRigEverything, вы могли их заметить. Их помещают рядом с коробкой, в которой играет динамик. Есть две легенды зачем они нужны.

Джерри в своих роликах утверждает, что эти шарики увеличивают объём звука — как будто динамик больше чем он есть на самом деле. Это происходит за счет дополнительного перемещения воздуха внутри резервуара с шариками.

Мы склоняемся ко второй трактовке: эти шарики гасят лишние вибрации, от корпуса динамика.

Стоит признать заслуги Apple в продвижении качественного звука в телефонах. Помещать динамик в отдельный короб они начали делать еще в iPhone 4S, а остальные производители подтянулись сильно позже.

Сравниваем звук и акустику

Теперь, зная основы, давайте посмотрим какие устройства мы слушали. Помимо Nokia 8110 это iPhone 11 Pro и Xiaomi Mi 10 Pro — как один из лучших в плане акустики, и бюджетник Samsung Galaxy A51.

В iPhone 11 Pro стоят стереодинамики и они довольно громкие. А для примера в Samsung Galaxy A51 динамики выглядят вот так:

АЧХ

Мы послушали все смартфоны и все они звучат по-разному. Субъективно нам может больше нравится то или иное звучание. Но можем ли мы научно подтвердить что тут звук лучше, а тут хуже? Можем! И для этого нам понадобится измерить АЧХ. То есть амплитудно-частотная характеристика звукового сигнала.

Не пугайтесь, щас всё объясним!

Вот, например, АЧХ iPhone 11 Pro. Этот график показывает наско громко iPhone воспроизводит низкие и высокие звуки. Чем ближе результат горизонтальной линии, тем лучше. Т.е. идеальная АЧХ — это ровная линия.

Если у вас натренированные уши, вы наверное заметили, что у iPhone в нашем видео басов больше, чем у бюджетного Samsung и тем более Нокии. И это видно на графике.

Но сравнивать АЧХ на одной музыкальной композиции не очень правильно, потому что у нее есть свои особенности. Поэтому мы замерили АЧХ на белом шуме. И вот что получилось! Мы увидели подение в районе 300 Гц на Galaxy A51 — это та самая нехватка басов. Чтобы было заметней, мы послушали этот частотный диапазон изолировано.

На Nokia падение низких еще заметней. Отсюда и узнаваемый писклявый звук. Обратите внимание, что с высокими здесь все в порядке, потому что для них много места не нужно.

И теперь самое интересное. Чем же отличается хороший звук iPhone от классного в Mi 10 Pro? Тут есть два отличия. Во-первых, в Xiaomi больше низких. Смотрим на график — все так.

Смотрим на пики в районе 300 и 500 Герц. Но самое интересное — Mi 10 Pro дает чистые высокия частоты около 16-18 КГц, это граница слышимого нами порога. И это тоже видно на графике. За счет неё, звук получается более чистым, объемным и ярким. И разборчивым! Это в основном заметно для ударных и тарелок.

Xiaomi Mi 10 Pro. Вау! Xiaomi на голову круче по звуку чем iPhone. Но как такое возможно? Конструкция с дополнительным коробом для динамика занимает очень много места. Поэтому, как правило один царский динамик ставят только снизу, а вверху ставится голая пищалка.

Иногда, как в случае с Pixel 4, наверх попадает тоже массивная конструкция. Хотя нижний динамик на Pixel 4 всё равно больше чем верхний.

В Xiaomi пошли ва-банк и умудрились разместить одинаковые по размеру динамики сверху и снизу. А значит в Xiaomi мы получили настоящий стерео звук.

Ну и теперь главный вопрос вечера — кто громче всех. И тут всё неочевидно. Для этого я замерил среднюю громкость трека. И знаете, что получилось?

Самый тихий — Xiaomi Mi 10 Pro: -32 Дб. iPhone и Galaxy поровну минус 29 Дб. А самый громкий внезапно кнопочная Nokia! Скорее всего это связано с тем, что большой динамик в Xiaomi нельзя раскачивать с большой амплитудой — может порваться.

На графике мы заметили, что басы звучат тише чем нужно, а высокие частоты наоборот зашкаливают. Тем не менее, такая АЧХ для телефона — это очень хорошо. iPhone исторически одни из лучших девайсов по звуку из динамиков. Чтобы убедиться в этом мы взяли АЧХ Pocophone. Тут видно что низкие частоты в Pocophone практически отсутствуют, а высокие наоборот еще более задранны чем на iPhone 11 Pro. На этом фоне АЧХ Xiaomi Mi 10 Pro выглядит не очень внушительно. Явно меньше низких частот.

Странно, что субъективно Xiaomi звучит лучше остальных смартфонов. Но почему по АЧХ этого не видно?

Программные улучшайзеры

Иногда такие мелкие недочеты в звуке можно исправить благодаря программным улучшайзерам типа эквалайзеров или технологий объемного звучания, как например Dolby Atmos. Но стоит быть аккуратным, если переборщить с эффектами динамик может перегореть или просто порваться из-за превышения максимальной амплитуды.

Итоги

В итоге, естественно не всё зависит от акустики. Важно и качество комплектующих, материалы диффузора, оплётки динамика и прочее. Очень важно насколько грамотно спроектирован усилитель и подстроен системный эквалайзер. Но в конечном итоге, ничто так сильно не влияет на звук как акустика.

Надеемся вам было интересно узнать про акустику в смартфонах. Пишите в комментариях, что еще вам было бы интересно узнать про звук в смартфонах. Тут еще есть о чём поговорить. Обработка, звук в наушниках, что такое Долби атмос и тд. Ну и подписывайтесь, чтобы не пропускать такие подробные разборы технологий.

Post Scriptum

Во времена фильма «Бумер» динамики в телефонах хорошо умели делать только две вещи: пищать и громко орать. Это всех устраивало. Ну а что, рингтон слышно, да и по громкой связи тоже можно поговорить. Но почему звук был такой ужасный? Чтобы понять почему телефоны давайте заглянем внутрь телефона того времени.

Ставился динамик открытого типа. Раньше такие чаще всего и ставили за исключением специальных телефонов типа ROKR.  Как устроен динамик? Типичный динамик еще называют электромагнитным излучателем. И вот почему: в типичном динамике есть два магнита. Один стоит сзади, другой расположен на мембране. К магниту сзади подключается переменный ток. А под воздействием переменного тока возникает магнитное поле. Притягивающее мембрану. Так мембрана начинает двигаться туда-сюда толкая молекулы воздуха. Иными словами создавая звуковую волну.

Не изолируя динамик от остальной части внутренней громкости, вы подвергаете динамик потерям, вызванным утечками воздуха в корпусе, а также повышаете вероятность нежелательных гудений и дребезжания.

Создав дополнительный корпус позади динамика, вы можете сбалансировать параметры Thiele / Small динамика (электрические и механические потери) с параметрами корпуса, чтобы оптимизировать низкочастотный отклик динамика.

Когда диафрагма динамика движется для создания звука, она создает звуковые волны спереди. Тем не менее, он также создает звуковые волны противоположной фазы в спине. Если передние волны не отделены от обратных волн, их можно отменить. Вот почему драйверы динамиков устанавливаются внутри коробки или корпуса; корпус гарантирует, что задние волны не нейтрализуют фронтальные волны. Фактический размер и форма коробки обычно определяются форм-фактором конечного продукта. Чем меньше корпус, тем менее эффективной будет акустическая система из-за противодавления, вызванного движущейся диафрагмой, толкающей и притягивающей крошечный объем воздуха в корпусе.

Все громкоговорители имеют максимальную номинальную мощность, предел которой определяется двумя ключевыми соображениями: тепловым (насколько звуковая катушка может нагреваться до расплавления частей микродинамического устройства) и механическим (насколько далеко диафрагма может двигаться до механического разрушения). По мере уменьшения громкоговорителей их громкость или уровень звукового давления (SPL) снижаются, а резонансная частота повышается, что приводит к уменьшению низких частот. Более сильное движение этих динамиков может увеличить громкость и низкие частоты; однако этот подход, если он осуществляется без надлежащей защиты динамиков, может легко повредить микродинамики, так как он вызывает перегрев и чрезмерное отклонение.

Для надлежащей защиты динамика алгоритм в усилителе, который повышает громкость аудиосигналов, должен знать характеристики динамика (например, резонансная частота в его корпусе, предел отклонения и тепловой предел звуковой катушки). Разработчики, придерживающиеся традиционного подхода, должны будут подвергаться трудоемким, сложным усилиям по характеристике докладчиков или полагаться на поставщиков. При рассмотрении нескольких проектов с разными докладчиками можно представить себе, как эти усилия могут негативно повлиять на время выхода на рынок, с увеличением сложности проектирования и увеличением требуемых ресурсов проектирования.