В современном мире наушники представляют собой нечто большее, чем средство для прослушивания контента. Некоторые модели могут отслеживать физическую активность, анализировать качество сна, управлять «умным домом»… В этой статье мы погрузимся в историю наушников, узнаем, какими были первые модели, проследим за развитием индустрии и узнаем о технологиях, которые будут повсеместно распространены в ближайшем будущем.

Такой привычный сегодня для каждого аксессуар, наушники прошли в своем развитии длинный путь от узкоспециализированного средства связи до бытового предмета, без которого сложно представить современную повседневность. Появившись на свет как сугубо рациональная техническая новинка, они стали символом приватного звукового пространства, которое каждый из нас может создать для себя здесь и сейчас. Личный непроницаемый звуковой «кокон» дает миллионам людей чувство спокойствия и уединения в перегруженной информацией окружающей действительности…

Как появились первые наушники и зачем они были нужны

Далекие предшественники современных «AirPods» не имели ничего общего с прослушиванием музыки. Они появились в конце XIX века и были исключительно рабочими инструментами, призванными усовершенствовать физический труд телефонных операторов. Важно отметить, что на заре телефонной эры на такую работу брали в основном молодых девушек: считалось, что они будут обходительнее с состоятельными владельцами телефонов, при этом тогдашнее законодательство позволяло платить женщинам значительно меньше, чем мужчинам.

Так вот, первые наушники представляли собой громоздкие 4-килограммовые устройства для одного уха, которые крепили к металлической штанге, а затем всю конструкцию фиксировали на плече работницы. Конечно, удобство таких устройств было весьма сомнительным, однако они решали главную задачу — освобождали руки телефонисток для работы с коммутаторами и позволяли быстро переставлять штекеры на панелях.

Известные изобретатели и их вклад в создание наушников

С изобретением прототипа наушников, о котором мы рассказали, связана серьезная путаница. В большинстве источников, которые можно найти в интернете, упоминается некая телефонистка Белла Эзра Джиллиленд, придумавшая конструкцию с динамиком на металлическом основании. На самом же деле существовал Эзра Торренс Джиллилэнд — американский изобретатель, близкий друг и партнер Томаса Эдисона. Именно он в 1881 году представил устройство, которому дал шутливое название «Gilliland Harness» — «Сбруя Джиллиленда». Патентные права получила телефонная компания «Bell», в которой в то время работал изобретатель. Вероятно, именно название компании стало причиной появления мифической «телефонистки Беллы».

В том же 1881 году было представлено еще одно важное изобретение, которое часто обходят стороной, однако оно гораздо больше соответствует концепции наушников в современном понимании. Речь идет о театрофоне французского инженера Клемента Адера. Функцию передатчиков выполняли микрофоны, расположенные в разных местах зала и сцены Парижской оперы. А приемником служило устройство с 2 подсоединенными телефонными трубками. Обладатели театрофонов могли не только слушать культовые оперные постановки, находясь у себя дома, но и понимать расположение артистов на сцене. Дело в том, что звуки из зала разделялись на 2 потока, что усиливало ощущение присутствия. Таким образом, театрофон Адера стал еще и первым прототипом стереонаушников.

Ну и, наконец, первые наушники, которые можно с уверенностью отнести к современному типу, в 1891 году запатентовал французский изобретатель Эрнест Меркадье. Это были внутриканальные наушники, которые в наши дни часто называют «затычками». Они присоединялись к телефону, весили всего несколько десятков граммов, плотно фиксировались в ушном канале и имели специальные резиновые насадки, защищавшие уши от трения, — прообразы современных амбушюров. Можно сказать, что технология Меркадье опередила свое время. Удобные наушники не получили массового распространения по нескольким причинам.

• Отсутствие портативных источников звука — наушники работали только со стационарными телефонными аппаратами, а потребителям не требовалось такое решение для разговоров.
• Низкое качество звука — спрос на наушники был невелик даже среди телефонных компаний, так как воспроизведение часто сопровождалось помехами и было слишком тихим.
• Высокая цена — «Сбруя Джиллиленда» и ее многочисленные модификации были не столь удобны, однако закупка таких устройств обходилась компаниям значительно дешевле.

Таким образом, изобретение Эрнеста Меркадье на некоторое время оказалось в тени своих коммерчески более успешных коллег.

Усовершенствование наушников в конце XIX — начале XX века

На стыке XIX и XX веков главной проблемой, которую стремились решить инженеры, усовершенствовавшие наушники, была проблема их удобства. Нужно было сделать что-то, чтобы наушники перестали причинять головную боль через 5 минут использования.

Возьмем для примера ранние модели компании «Siemens» конца 1890-х годов. Они имели громоздкие и тяжелые корпуса динамиков, а ободки, фиксировавшие наушники на голове, делались из стали или грубой кожи. При этом потребность в индивидуальных устройствах воспроизведения звука ощущала не только сфера телефонии. Радисты того времени также пользовались неудобными трубками или внешними динамиками, которые не обеспечивали конфиденциальности.

Человеком, изменившим индустрию, стал Натаниэль Болдуин — изобретатель из США. Он был глубоко верующим человеком и хотел создать устройство, которое позволило бы лучше слышать проповеди в церкви, то есть сконструировать некий персональный усилитель звука для конкретного прихожанина. В 1910 году на своей кухне он собрал устройство с 2 динамиками, интегрированными в единую систему, и легким оголовьем, не сдавливавшим череп. Но главным преимуществом изобретения была его высокая чувствительность — устройство чутко улавливало даже слабые радиосигналы и преобразовывало их в звук.

Наушники Болдуина не заинтересовали коммерческие организации, которые попросту не понимали, как можно извлечь из них выгоду. А вот военно-морские силы США проявили к ним куда больший интерес. Тестовые образцы превзошли по качеству все доступные альтернативы. ВМС предложили инженеру контракт на серийное производство, Болдуин основал собственную компанию и заработал целое состояние на наушниках, заложивших стандарты радиосвязи сначала в военном, а затем и в гражданском флоте.

Как изобрели стереонаушники и почему это изменило индустрию

Самая идея стереофонии, то есть распределения звука по 2 независимым каналам, была не нова — вспомним тот же театрофон Адера. Однако внедрить ее в индустрию звукозаписи не удавалось достаточно долго. В 1950-х годах технологии стереозаписи на виниловых пластинках и двухканального воспроизведения все же появились, и создание столь же технологичных наушников было вопросом времени. Решающий шаг сделал американский джазовый музыкант Джон Косс, основатель известной в наши дни компании-производителя наушников «Koss».

Изобретение Косса часто называют случайным, хотя это и не совсем соответствует действительности. Главной целью технически подкованного джазмена было создание портативного стереофонографа — компактного проигрывателя, который можно было бы носить с собой. Демонстрируя опытный образец в шумном зале аудиовыставки 1958 года в Милуоки, он использовал авиационные наушники, к которым прикрепил стереодинамики, воспроизводящие 2 отдельных канала. Сам фонограф не вызвал какого-либо интереса, зато наспех собранные наушники произвели самый настоящий фурор.

Изобретение Джона Косса способствовало зарождению принципиально новой индустрии — наушники перестали быть исключительно узкоспециализированным средством связи. Стереофония превратила прослушивание музыки в личный иммерсивный опыт, при котором любой человек, закрыв глаза, мог ощутить себя в центре профессиональной студии звукозаписи. Вскоре был принят единый стандарт разъемов диаметром 6,35 мм, известный в наши дни как «джек» (прим. ред.: название произошло от английского технического термина «jack», что в переводе означает «гнездо»).

Появление бытовых наушников в эпоху проигрывателей и магнитофонов

В 1960-х годах наушники стали обязательным аксессуаром для аудиофилов — людей, всеми силами стремящихся достичь самого высокого качества воспроизведения звука.

Музыка становилась все доступнее — новые кассетные магнитофоны, как и сами кассеты, стоили дешевле, чем проигрыватели с грампластинками. Среди массовых слушателей популярность наушников стремительно росла, ведь они позволяли слушать музыку на полной громкости, не беспокоя членов семьи и соседей.

Высокий спрос способствовал обострению конкуренции между компаниями-производителями — крупными игроками на новом рынке стали немецкие фирмы «Sennheiser» и «Beyerdynamic», нидерландская компания «Philips» и австрийский производитель AKG, в наши дни известный под названием «Harman». Тогда же новую для себя индустрию начала осваивать японская корпорация «Pioneer», продукция которой впоследствии приобрела легендарный статус среди ценителей чистого звука.

Компания «Koss» также предлагала интересные новинки, однако ее самой успешной моделью стали «Beatlephones», выпущенные в 1966 году. С технической точки зрения они не выделялись ничем особенным, однако на их крупных чашках красовались портреты всех участников группы «Beatles» — глобального поп-культурного феномена той эпохи. Это показало производителям по всему миру, что наушники могут быть не только аудиосредством, но и стильной деталью имиджа, вызывающей сильнейший эмоциональный отклик у любителей музыки.

Переход к портативным пользовательским моделям

Если в 1960-е годы наушники оставались популярным домашним аксессуаром, то к концу 1970-х они обрели мобильность. В 1979 году выпуск японского аудиоплеера «Sony Walkman» стал причиной самой настоящей культурной революции, так как позволил людям «брать» музыку с собой, куда бы они ни направлялись. Портативность диктовала новые требования к дизайну наушников, ведь массивные домашние модели были неудобны для этих целей. В комплекте с плеером шли легкие накладные наушники «Sony MDR-3L», которые можно было сложить и убрать в сумку. Тогда же повсеместно распространился разъем «мини-джек» с диаметром 3,5 мм, которым и в наши дни оснащают множество устройств, воспроизводящих звук.

Главной тенденцией 1990-х годов стала популяризация вставных моделей. Переходу способствовало не только удобство ношения, но и развитие технологий — производителям удалось создать достаточно мощные и при этом миниатюрные динамики, помещавшиеся в слуховые проходы. Проблемой первых наушников-вкладышей было ухудшение качества звука по сравнению с прошлыми моделями, однако покупатели были готовы мириться с этим ради комфорта и доступной стоимости.

Конструкция и материалы ранних и современных наушников

Сравнение ранних моделей XIX века с современными наушниками показывает, какой скачок удалось сделать индустрии за почти полтора века. Наушники прошли длинный путь от неудобных металлических устройств до инновационных конструкций, среди которых каждый может найти подходящий вариант. Сейчас мы обозначим основные направления «эволюции» наушников.

• Материалы. Ранние наушники изготавливали из таких компонентов, как сталь, медь, дерево и кожа. Переход к пластиковым, алюминиевым и композитным конструкциям позволил значительно снизить вес наушников.
• Форм-факторы. В прошлом все наушники имели приблизительно одинаковый вид — 2 чаши, соединенные проводом. В современную эпоху можно выбрать между внутриканальной, вставной, накладной, полноразмерной и различными смешанными конструкциями.
• Акустическое оформление. До конца 1960-х все наушники имели закрытую конструкцию — герметичные чаши обеспечивали полную звукоизоляцию, блокируя внешние шумы и не выпуская звук наружу. Затем начали появляться открытые конструкции с пористой или перфорированной задней стенкой чаши. Свободное перемещение воздуха сделало звучание более естественным и снизило давление на уши, однако музыка стала слышна всем окружающим. В наши дни производители также предлагают компромиссный вариант — полуоткрытое оформление, которое обеспечивает частичную изоляцию от внешних шумов и достаточно высокий уровень комфорта прослушивания.

Технологии улучшения звука

Драйвер — устройство, преобразующее электрические сигналы в звук — один из самых важных элементов в конструкции наушников. Самые первые наушники оснащали драйверами, работавшими на электромагнитном принципе. Внутри чаш устанавливали постоянные магниты, вокруг которых наматывали катушку — тонкую проволоку, проводящую электрический ток. А прямо перед магнитами располагались стальные пластины. Когда ток проходил через катушку, электромагнитное поле то усиливалось, то ослабевало, из-за чего пластина прислонялась к магниту и отдалялась него. В результате создавались вибрации — звуковые волны.

Из-за своей жесткости пластина попросту не могла вибрировать с высокой частотой, а потому наушники были неспособны воспроизводить высокие ноты. Басы также не могли воспроизводиться из-за недостаточной амплитуды колебаний пластины. Если представить, что кто-то попытался бы послушать музыку с помощью раннего драйвера, то услышал бы неестественную какофонию из сливающихся партий, а вокал звучал бы очень хрипло и гулко, будто из консервной банки. Тем не менее, ограниченного функционала первых драйверов вполне хватало для передачи речи и сообщений на азбуке Морзе.

Первый значимый прорыв произошел в 1937 году, когда талантливый инженер и основатель компании «Beyerdynamic» Ойген Байер вместе с коллегами представил первый динамический драйвер. Немецкие специалисты решили перевернуть схему «с ног на голову» и вместо того, чтобы дергать тяжелую неподатливую пластину, начали двигать саму катушку. Прикрепленная к легчайшей полимерной или бумажной мембране, катушка получила возможность двигаться с более высокой частотой и амплитудой. Совсем скоро эта же технология легла в основу производства микрофонов, заложив основы современных стандартов звукозаписи.

В середине XX века, когда спрос на наушники резко возрос, обострилась конкуренция производителей за улучшение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Многие из нас видели настройки эквалайзера, где, перемещая ползунки, можно менять громкость звука на определенных частотах, от низких до высоких. Для музыкальных колонок стандартом считаются «плоские» АЧХ — все ползунки стоят на нуле, и звук воспроизводится так же, как и был записан. Однако инженеры поняли, что в случае с наушниками такое распределение амплитуд и частот неоптимально из-за особенностей анатомии человека. Наши ушные раковины работают как усилители некоторых частот, однако, если звук идет напрямую в уши, производители вынуждены точечно подстраивать громкость, чтобы звук воспринимался как естественный.

В наши дни «золотым стандартом» АЧХ является кривая Хармана — научно обоснованные параметры, благодаря которым наушники имитируют звучание высококачественных колонок в помещении с хорошей акустикой. Специалисты компании «Harman» пристально исследовали эту тему с 2010 года — в 2013-м они предложили первую версию кривой, а в 2018-м — ее модифицированный вариант, который до сих пор считается индустриальным эталоном. Коротко обозначим главные особенности кривой Хармана.

• Подъем на басах — когда мы громко слушаем музыку через колонки, то ощущаем вибрации басов всем телом. Наушники же не могут дать такого эффекта, а потому частоты ниже 200 Гц усилены, что дает ощущение звукового давления.
• Пиковые средние частоты — в районе 2 кГц график резко идет вверх, и к 5 кГц кривая достигает своих максимальных значений. Это именно те частоты, которые при обычном прослушивании музыки усиливаются благодаря ушным раковинам.
• Нисходящие высокие частоты — после 5–8 кГц наблюдаются отдельные пики, делающие звук более детализированным, однако на общей картине видно, как график плавно идет вниз. Это сделано для того, чтобы избежать излишней резкости звучания и, как следствие, утомляемости при прослушивании музыки.

Развитие гарнитур: телеграф, телефония, авиация

Как только к конструкции наушников добавляется микрофон, они становятся гарнитурой — средством для прослушивания и передачи звука. В ранних гарнитурах микрофоны были угольными — внутри них находился отсек с крупицами угольного порошка. Речь давала звуковые колебания, которые давили на мембрану, сжимавшую угольный порошок. В зависимости от степени сжатия электрическое сопротивление порошка менялось, и речь преобразовывалась в сигналы.

Впоследствии технология динамических драйверов нашла воплощение и в индустрии микрофонов, но по обратному принципу. Звук двигал катушку в магнитном поле, что приводило к созданию электрических сигналов определенной частоты. На рубеже XX и XXI веков появилась революционная технология МЭМС-микрофонов, в основу которых легли микроэлектромеханические системы. Принцип их работы основан на том, что звуковые волны двигают тончайшую мембрану внутри чипа. Ключевым преимуществом МЭМС-микрофонов стала возможность преобразования звуков в цифровые потоки данных, а потому их начали интегрировать с процессорами плееров, смартфонов, планшетов и других гаджетов.

Однако вернемся к гарнитурам и немного поговорим об их значимости в разных сферах.

• Телефония. Как мы уже знаем, первыми профессиональными пользователями гарнитур были телефонистки. До их появления операторам приходилось удерживать плечом тяжелые трубки, что приводило к чрезмерной утомляемости. «Сбруи Джиллилэнда», а затем и их облегченные вариации существенно облегчили работу девушек, управлявших телефонными сетями.

• Радиотелеграф. Первые радиотелеграфисты сталкивались с серьезной трудностью — принимаемые сигналы были тихими, в отличие от треска атмосферных разрядов. Ситуацию осложнял и отдельно стоящий микрофон, который улавливал лишние звуки. Появление радиогарнитур помогло решить обе эти проблемы.
• Авиация. Из-за оглушительного рева мотора использовать обычный угольный микрофон в кабинах истребителей было бессмысленно. После широкого распространения наушников Болдуина инженеры представили одно из самых прорывных средств связи — ларингофоны. Они плотно прилегали к горлу пилотов и считывали вибрации голосовых связок через кожу, в результате чего диспетчеры могли слышать чистый голос без каких-либо помех.

Появление беспроводных технологий и Bluetooth-наушников

Концепция беспроводных наушников существует достаточно давно. Еще в 1960-х годах появились первые модели со встроенными транзисторными радиоприемниками, которые предполагалось использовать в авиации. У них были существенные недостатки, среди которых выделялись громоздкая конструкция и ограниченный радиус приема и отправки сигналов, а потому эти модели не получили массового распространения.

Гораздо большую популярность снискали радиочастотные наушники, представленные в конце 1970-х. Они взаимодействовали с базовой станцией, подключенной к телевизору или аудиосистеме, принимая звук на определенной FM-частоте. Радиуса в 30 метров вполне хватало для бытовых нужд, однако частые сильные помехи не позволили технологии стать по-настоящему массовой.

Ситуация изменилась в начале 2000-х с распространением стандарта Bluetooth. Интересно, что поскольку лидеры проекта увлекались скандинавской историей, свое название стандарт получил в честь датского короля Харальда Синезубого, в X веке объединившего разрозненные племена викингов в сильное государство. По замыслу создателей, новая технология должна была объединить самые разные устройства с помощью единого протокола беспроводной связи. Bluetooth использует радиочастотный диапазон от 2402 до 2480 Гц, в котором также работают Wi-Fi-роутеры и который излучают микроволновые печи. Чтобы избежать помех, сопряженные по Bluetooth устройства перескакивают между частотами в выделенном диапазоне 1600 раз в секунду. Процесс синхронизирован с точностью до нескольких десятитысячных долей секунды, поэтому соединение остается непрерывным.

Первыми Bluetooth-наушниками были автомобильные гарнитуры — возможно, многие из вас помнят небольшие крючки, которые можно было вешать на ухо. Качество звука при этом оставляло желать лучшего, однако гарнитуры решали свою главную задачу по повышению безопасности движения. Совсем скоро появилась технология A2DP (прим.ред.: Advanced audio distribution profile — продвинутый профиль распространения аудио), способная передавать качественный стереофонический сигнал без использования проводов.

Активное шумоподавление — как появилась технология и кто ее разработал

Бытует мнение, что технология активного шумоподавления (прим.ред.: ANC — Active Noise Cancellation) ограничивается герметичными чашами или очень плотно сидящими амбушюрами, но в этих случаях речь идет о пассивном шумоподавлении. Активное шумоподавление работает не как преграда для звука, оно воспроизводит «антизвук». Теоретическую основу инновации еще в 1933 году разработал немецкий физик Пауль Люг. Его идея заключалась в использовании принципа деструктивной интерференции — звуковые волны внешнего шума улавливаются микрофоном, после чего через динамик воспроизводятся противофазные, как будто зеркально отраженные волны, нейтрализующие исходный шум.

Первые практические воплощения теории Люга начали появляться в 1950-х годах. Сначала американский ученый Лоуренс Фогель разработал прототип системы для защиты слуха пилотов вертолетов. По большому счету, именно он заложил ключевые принципы ANC, которым следуют и современные разработчики. Первое коммерчески успешное устройство представил другой американский инженер — Уиллард Микер. Его модель 1957 года работала в диапазоне от 50 до 500 Гц — тот самый оглушающий гул вертолетных двигателей — и обеспечивала затухание порядка 20 дБ, что было весьма впечатляющим результатом. Например, пылесос, работающий при 70 дБ, после такого же затухания станет звучать не громче холодильника.

Путь технологии ANC к массовому рынку был долгим — наушники удовлетворяли потребностям пилотов, однако они были весьма дорогостоящими, работали на низких частотах и искажали звуки, а потому не подходили для прослушивания музыки. В 2000 году американская компания «Bose» представила модель «QuietComfort», которую на время полета выдавали пассажирам первого и бизнес-класса авиакомпании «American Airlines». Люди, привыкшие к стрессу долгих перелетов, обнаружили, что с наушниками они могут спать в тишине или слушать музыку, совершенно не отвлекаясь на внешние раздражители. Успех «Bose» привлек внимание конкурентов, и технология активного шумоподавления начала распространяться и развиваться.

Современные тенденции: TWS, Hi-Res Audio, пространственный звук

Эпоха массовой популярности CD и MP3 форматов стала временем свободного распространения музыки, однако из-за сжатия аудиофайлов качество и детализация воспроизведения заметно страдали. Форматы Hi-Res Audio, звука высокого разрешения, стали успешной попыткой вернуть утерянное ранее качество. Это отразилось и на требованиях к наушникам, которым было необходимо обрабатывать расширенные частотные диапазоны и точно передавать резкие пики — усиления и затухания звука. Для производства современных Hi-Res-наушников используют проводники из бескислородной меди или серебра, минимизирующие потери сигналов.

Один из значимых прорывов в индустрии произошел в 2016 году, когда было представлено первое поколение наушников «Apple AirPods». Их главной особенностью стала технология TWS (прим.ред.: True Wireless Stereo, что переводится как «истинное беспроводное стерео»). Ее суть в полном отсутствии проводов, соединяющих наушники не только с источником звука, но и друг с другом. Каждый наушник стал независимым устройством с собственным процессором, аккумулятором и чипом Bluetooth. Миниатюрные кейсы решали проблему короткого времени работы, позволяя подзаряжать наушники прямо в кармане.

Также в 2010-х годах началось внедрение технологии пространственного звука — Spatial Audio. В ее основе лежит сложная математическая модель, объясняющая, как именно наш мозг определяет направления звука в пространстве. Наушники Spatial Audio оснащаются акселерометрами и гироскопами — датчиками, точно определяющими положение в пространстве и ориентацию головы слушателя. На основании этих данных наушники создают трехмерную карту звука и корректируют воспроизведение так, чтобы при повороте головы звуковой источник казался зафиксированным в определенном положении. Таким образом, пространственный звук обеспечивает гораздо более глубокое погружение, чем обычные стерео-технологии.

Изобретение наушников в вопросах и ответах

1. Кто считается создателем первых наушников?

Создателем самых первых наушников считается американский изобретатель Эзра Торренс Джиллилэнд. Он представил динамик, который фиксировался на плече оператора телефонной компании и позволял освободить руки для работы.

2. Какие модели наушников появились раньше всего?

Самой ранней серийной моделью наушников считается театрофон 1891 года от французского инженера Клемента Адера. С его помощью можно было «вживую» слушать оперные постановки, находясь при этом дома.

3. Как выглядели наушники в XIX веке?

Наушники XIX века выглядели как металлические или кожаные «сбруи», к которым прикреплялись модифицированные телефонные трубки.

4. В чем особенность первых электродинамических наушников?

Первые электродинамические наушники, представленные в 1937 году, имели драйверы с легкими мембранами и подвижными катушками, что позволило существенно расширить диапазон воспроизводимых звуков.

5. Кто изобрел стереонаушники и когда они появились?

Стереонаушники в 1958 году изобрел американский джазовый музыкант и инженер Джон Косс.

6. Как повлияли плееры Walkman на популяризацию наушников?

Плееры «Sony Walkman» превратили наушники в портативный аксессуар и сделали их неотъемлемой частью повседневной городской жизни.

7. Что изменилось в конструкции наушников после 1970-х годов?

После 1970-х годов в моду вошли накладные наушники, которые можно было сложить и взять с собой.

8. Как работают драйверы в наушниках?

Драйверы в наушниках отвечают за преобразование электрических сигналов в звуковые волны.

9. Что отличает мониторные наушники от бытовых?

Мониторные наушники имеют линейную амплитудно-частотную характеристику, что необходимо для четкого контроля записанного звука. АЧХ бытовых наушников ориентированы на комфортное прослушивание музыки.

10. Когда появились первые Bluetooth-наушники?

Первыми Bluetooth-наушниками были автомобильные гарнитуры, появившиеся вскоре после 2000 года.

11. Как работает активное шумоподавление?

Наушники с технологией активного шумоподавления оснащены внешними микрофонами и устройствами, которые испускают звуковые волны, нейтрализующие окружающие шумы.

12. Что такое TWS-наушники и почему они стали популярны?

В наушниках True Wireless Stereo отсутствуют какие-либо провода, даже между левым и правым вкладышами. Они стали популярны благодаря компактности, максимальной свободе движения и удобству подзарядки в карманном кейсе.

13. Чем отличаются открытые и закрытые наушники?

Закрытые наушники имеют герметичные чаши, не пропускающие звуки в обе стороны. Наушники с открытой конструкцией обеспечивают свободное движение звука, что делает его более естественным и снижает давление на уши.

14. Какие материалы используются в современных амбушюрах?

Для производства амбушюров могут использоваться самые разные материалы, в числе которых силикон, искусственная и натуральная кожа, ткани, микрофибра и полиуретановая пена с эффектом памяти.

15. Что влияет на качество звука в наушниках?

Основными факторами, влияющими на качество звука наушников, являются тип драйвера, амплитудно-частотные характеристики, чувствительность и тип конструкции.

***

История наушников — это долгий путь от громоздких и неудобных гарнитур к едва заметным аксессуарам, оснащенным технически продвинутым оборудованием. Наушники последовательно освободили руки телефонисток, обеспечили коммуникацию пилотов и дали возможность опыта приватного прослушивания музыки и текста даже в самых людных местах. Такие современные технологии, как активное шумоподавление и пространственный звук, позволяют нам персонализировать свое звуковое пространство и дарят невероятно яркие впечатления, которые люди даже не могли себе представить всего лишь 30 лет назад.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Ai-generated

О том, что Земля вращается вокруг своей оси, а длина суток составляет почти 24 часа, все мы знаем с малых лет, и эти факты не вызывают никаких сомнений. Но это базовое знание не всегда было столь очевидно: еще в середине XIX века научное сообщество хоть и догадывалось об этом, но наглядных доказательств факта вращения Земли в своем распоряжении не имело. Все изменилось с появлением маятника Фуко, эксперимент с применением которого был впервые проведен ровно 175 лет назад — 8 января 1851 года. Расскажем, что это за маятник и где можно наблюдать его в действии.

О том, что наша планета вращается вокруг своей оси, догадывались еще в древности: греческий философ Гераклид Понтийский (387-312 гг. до н.э.) выдвинул предположение о том, что поворот небесной сферы является следствием суточного вращения Земли. Но для тех времен это звучало слишком невероятно. Например, такой авторитетный ученый, как Аристотель (384-322 гг. до нашей эры) полагал, что Земля не вращается. Доказательством этого, по мнению Аристотеля, служили подброшенные в воздух предметы, которые приземлялись в той же точке. Если бы поверхность перемещалась, то предметы падали бы в другом месте.

Даже столетия спустя вращение Земли было лишь гипотезой. В 1543 году польский ученый Николай Коперник (1473-1543) представил трактат «Об обращениях небесных сфер», где описал свою модель устройства Солнечной системы, в которой Земля вращается вокруг Солнца, и при этом сама планета вращается вокруг своей оси. Англичанин Исаак Ньютон (1642-1727) тоже говорил о том, что наша планета вращается вокруг своей оси, и по этой причине имеет не идеальную форму шара, а слегка сплюснута с полюсов. 

Однако все это были гипотезы, хоть и весьма убедительные, но достоверных доказательство к середине XIX века у человечества все еще не было. И лишь в 1851 году, как раз 8 января — эта дата сегодня отмечается как Международный День вращения Земли — французский физик Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868) при помощи математического маятника, который вошел в историю науки как маятник Фуко, впервые провел свой научный эксперимент, доказавший вращение Земли.

Что такое «маятник Фуко»

Не удивляйтесь, но свой первый эксперимент с маятником Жан Бернар Леон Фуко провел в… погребе. В подвале своего дома в Париже он соорудил маятник, который состоял из веревки длиной 2 метра и груза. Именно благодаря этому маятнику, подвешенному Фуко в собственном погребе, наличие вращения Земли вокруг своей оси впервые было доказано экспериментально. 

А первая публичная демонстрация эксперимента с маятником Фуко состоялась в марте 1851 года в Парижском Пантеоне: это был шар весом 28 кг, который закрепили под куполом на проволоке длиной 67 метров. На нижней части шара закрепили острие, а под ним разместили площадку с песком: при колебании маятника острие чертило на песке траекторию движения шара.

Перед началом эксперимента шар отвели в сторону от центра и отпустили: маятник стал совершать колебания и прочерчивать на песке отметки о пройденном пути. Длина подвеса 67 метров — это достаточно много, поэтому на одно колебание шар тратил 16,4 секунды. И спустя 1 час оказалось, что траектория движения шара сместилась на 11° по часовой стрелке: на песчаной дорожке оставались четкие следы. На самом деле маятник качался в одной плоскости по одной и той же траектории: изменялось его положение относительно песчаной поверхности под ним, поскольку та перемещалась вместе с планетой. Так вращение Земли впервые было доказано на практике.

Земля вращается, и плоскость колебания маятника относительно поверхности планеты смещается: чем ближе к полюсам, тем более заметно это смещение, поскольку его интенсивность зависит от географической широты местности. На экваторе плоскость колебания маятника Фуко сохранит неизменное положение, а в районе полюса сместится на 360° за одни сутки.

Эксперимент Леона Фуко в парижском Пантеоне получил широкую известность, и его стали воспроизводить в других местах. Доказательство вращения Земли при помощи маятника Фуко — эффектная демонстрация научного знания, поэтому такие устройства стали устанавливать в планетариях, научных музеях и университетах по всему миру. Самый грандиозный из всех маятников Фуко с 1931 по 1986 годы находился у нас в стране, в здании Исаакиевского собора в Ленинграде (прим.ред.: ныне Санкт-Петербург).Вес шара был равен 54 кг, длина подвеса составляла 98 метров, а период колебания — 20 секунд. В 1986 году при передаче собора церкви маятник был демонтирован. Сегодня он все еще находится в Исаакиевском соборе, но только в хранилище. Однако в России существуют другие маятники Фуко, которые можно увидеть своими глазами в разных точках страны, в основном в планетариях. 

• Московский планетарий: длина подвеса 17 метров.
• Санкт-Петербургский планетарий: длина подвеса 8 метров.
• Новосибирский планетарий: длина подвеса 14,5 метра.
• Смоленский планетарий: длина подвеса 12 метров.

Поскольку маятник Фуко совершает колебания как обычный маятник, то из-за сопротивления воздуха он постепенно теряет энергию. Чтобы колебания маятника не затухали, применяются специальные системы компенсации, подталкивающие шар. Например, это могут быть электромагниты: металлическое кольцо с электромагнитом размещают внизу, под маятником Фуко, и при каждом колебании шар, проходя над магнитом, получает дополнительную энергию в результате электромагнитного взаимодействия.

Интересные факты о суточном вращении Земли

1. Сегодня Земля поворачивается вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4,091 секунды. Но эта цифра непостоянна: вращение планеты постепенно замедляется, примерно на 1,8 миллисекунды каждые 100 лет. Почему это происходит? Из-за Луны: наш спутник медленно отдаляется от нас, и его гравитационное воздействие ослабевает.
2. 1,4 миллиарда лет назад сутки на Земле длились всего 18 часов. А увеличение продолжительности суток привело к активизации цианобактерий, росту выработки кислорода и последовавшим за этим масштабным изменениям в атмосфере и биосфере нашей планеты.
3. Разные точки на поверхности Земли вращаются с разной скоростью: на экваторе скорость вращения планеты самая высокая — 1674 км/час. Но чем выше географическая широта, тем ниже скорость вращения, а на полюсах она почти равна нулю. Именно поэтому ракеты в космос выгоднее запускать из точки, максимально приближенной к экватору. 
4. Циркуляция воздушных масс в атмосфере планеты связана с вращением Земли. Например, пассаты — ветра, дующие у экватора, отклоняются в западном направлении из-за суточного вращения планеты. А траектория движения тропических циклонов тоже связана с вращением планеты и смещается под действием силы Кориолиса — инерционной силы, которая заставляет движущиеся объекты отклоняться от прямолинейного пути.
5. Океанические течения тоже связаны с вращением Земли: водные массы отклоняются под воздействием воздушных масс и все той же силы Кориолиса, формируя крупные течения. Это наглядно можно увидеть на примере Тихого океана, где формируются большие круговые системы водных течений. 

Сегодня угол наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты — 23°26′14″. Но эта цифра непостоянна: так было не всегда. Ученые проанализировали палеомагнитные данные и выяснили, что в период с 78 по 86 млн лет назад, когда на Земле еще в изобилии водились динозавры, наша планета наклонилась примерно на 12°, а затем вернулась почти в исходное положение: таким образом амплитуда колебания составила 24°. Почему же Земля вообще имеет наклон оси? Ученые полагают, что всему виной столкновения с другими крупными небесными телами в момент формирования Земли. Кроме этого, на формирование наклона оси влияют различные гравитационные силы, действующие со стороны Солнца, Луны и других тел. Кстати, другие планеты нашей Солнечной системы тоже имеют наклоны оси вращения, и у всех они разные.

Почему все планеты Солнечной Системы имеют разный угол наклона оси

Все планеты Солнечной системы имеют разную суточную скорость вращения и свой угол наклона оси вращения. Например, Меркурий и Юпитер почти не имеют наклона оси вращения, а вот Уран почти «лежит» на боку: угол наклона его оси к плоскости орбиты составляет 97,77 °. Сутки тоже у всех разные: оказавшись на Венере, вы будет ждать 243 земных дня, пока произойдет один оборот этой планеты вокруг своей оси, а вот на Юпитере это займет всего 9 часов 50 минут. Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун — все эти газовые планеты-гиганты вращаются достаточно быстро: сутки занимают от 9 часов 50 минут на Юпитере до 17 часов 14 минут на Уране.

Почему так получилось? Точного ответа на этот вопрос пока нет. Планеты формировались в космическом пространстве в разное время при разнообразных условиях и имеют разный химический состав. Они сталкивались с другими объектами, например, с астероидами, и скорость их вращения тоже изменялась. К тому же планеты испытывают гравитационное воздействие со стороны спутников и соседних планет: все это многообразие факторов влияет на угол наклона оси вращения и на скорость этого вращения.

Автор текста Ольга Фролова

Изображение на обложке: Freepik

Снимая слои земли на раскопе, археологи иногда извлекают на свет небольшие свинцовые кружочки с изображениями людей, надписями и другими порой загадочными символами. Такие артефакты называют печатями и они, несмотря на свои незначительные размеры, являются бесценными свидетельствами жизни людей прошлого. Когда возникли печати и для чего они предназначались? Что на них писали и кого изображали? Наконец, как с помощью печатей мы узнаем, сколько имен было у древнерусских князей? На все эти вопросы ответим в нашей статье.

«…и своими печатьми запечатахомъ»

В 971 году после неудавшейся осады Доростола (прим. ред.: ныне город Силистра в Болгарии) русскими войсками великий князь киевский Святослав (945-972) и византийский император Иоанн I  Цимисхий (969-976) заключили договор. Его текст приводит легендарный Нестор в «Повести временных лет» — самой ранней и самой известной русской летописи. В нем русский князь обещает императору никогда больше не идти войной на Византию, или, как пишет Нестор, «не замышлять на страну вашу». Для того чтобы Иоанн Цимисхий наверняка поверил в искренность намерений Святослава, тот завершает договор такой любопытной фразой: «Се же имеете во истину, якоже створихъ ныне к вамъ, и написахъ на харотьи сеи и своими печатьми запечатахомъ», иначе говоря, «Не сомневайтесь в том, что мы обещали вам ныне, и написали в хартии этой (прим. ред.: то есть в договоре) и скрепили своими печатями».

Хотя сам договор за древностью лет не сохранился, можно не сомневаться в том, что, составленный в двух экземплярах для каждой из сторон, он был скреплен специальными печатями, которые подвешивались к документу — они называются вислыми. С древнейших времен печати предназначались для того, чтобы подтвердить официальный статус документа и придать ему, как мы бы сказали сейчас, юридическую силу. На Русь эта традиция, как и многие другие, по-видимому, пришла из Византии. Там печати издавна использовались лицами, наделенными публичной властью, и конечно, императорами. Такие печати делались из золота и потому назывались хрисовулами, то есть «золотыми буллами» в переводе с греческого. На Руси печати были в основном свинцовые, хотя изредка встречаются все же золотые или позолоченные и серебряные.

Изготовление вислой печати требовало определенной сноровки, поскольку на такой печати изображения помещались с обеих сторон. Для этого бралась специальная матрица, то есть рисунок будущей печати, вырезанный на твердом предмете, причем она тоже должна была быть двусторонней. Из положения выходили следующим образом: две матрицы, на которых вырезали зеркально отраженные рисунки, соединяли  между собой при помощи шарнира и получали нечто вроде щипцов, иногда даже с ручкой. Затем мастера помещали между двумя матрицами кусок нужного материала, чаще всего именно свинца, и сдавливали — печать была готова.

Печатями скрепляли не только политические документы, как договоры между двумя государствами, но и судебные решения, а также купчие, меновые, закладные и другие грамоты. Стоит сказать, что их использовали не только светские — князья, наместники и посадники, но и духовные лица: об этом говорят, например, находки печатей Новгородских архиепископов. Парадоксальным образом ученые до сих пор не знают, какие именно документы чаще других скреплялись печатями: в отличие от металлических печатей сами грамоты, написанные, скорее всего, на пергаменте, не сохранились. Однако существует некоторое количество печатей, дошедших до нашего времени при документах. К таким относится, например, грамота начала XV века, составленная от лица новгородского посадника Ивана Александровича и тысячника Александра Игнатьевича к магистру Ливонского ордена с требованием взыскать с наследников колыванского (прим. ред.: Колывань — древнерусское название Таллина) посадника Конрада 400 рублей. При этой грамоте, написанной на пергаменте, сохранились целых две свинцовые печати, привязанные к ней шелковыми шнурами. На одной из печатей изображен барс с поднятым верх хвостом и подпись: «а се лютый зверь».

Печать как протопаспорт, или Как идентифицировали себя русские князья

С одной стороны, печати, принадлежавшие высокопоставленным лицам, служили своего рода удостоверением личности. По этой причине они в большинстве случаев содержали информацию об их владельце. С другой стороны, они в некотором смысле являлись инсигниями (прим. ред.: внешними знаками власти правителя), а поэтому на них нередко изображали символы, которые указывали на высокий статус того или иного князя или, например, архиепископа. Правда, средневековые правители сообщали о себе совсем не те данные, которые мы привыкли видеть сегодня в наших паспортах. 

Как правило, на печатях помещалось изображение святого, в день памяти которого был крещен человек и чье имя носил в крещении, или нескольких святых — чтобы почтить память выдающихся предков. Зная имя святого, историки могут предположить, кому принадлежала и сама печать, даже если имя ее владельца на ней не указано. Яркий пример представляет печать Всеволода Ярославича — одного из множества сыновей Ярослава Мудрого, великого князя Киевского в 1078–1093 годах, — которую нашли в самом конце XIX века. На одной из ее сторон был изображен святой Андрей, как считают ученые, скорее всего, апостол Андрей Первозванный, а на другой стояла греческая надпись, гласившая: «Господи, помоги рабу своему Андрею Свладу». Один из ее первых исследователей, родоначальник русской эпиграфики (прим. ред.: науки о печатях) Николай Петрович Лихачев (1862-1936) писал, что владельцем печати должен быть князь, носивший в крещении имя Андрей, а в миру — загадочное имя Свлад. Его гипотеза подтвердилась спустя несколько десятилетий, когда в Софийском соборе в Киеве была обнаружена процарапанная на стене надпись, сообщавшая о погребении там 14 апреля 1093 года князя по имени Андрей. О погребении в тот же самый день и год в киевском Софийском соборе великого князя сообщает и летопись, вот только ее автор называет мирское имя погребенного — Всеволод Ярославич. Так разрешилась загадка имени Свлад.

Печати и дела семейные: наследники рода мономахова

Другой любопытный пример того, как благодаря печатям историки восстанавливают имена древнерусских князей, — история новгородского князя Мстислава Юрьевича (1156-1157), сына Юрия Долгорукого. Дело в том, что в летописях не сохранилось ни одного упоминания о его крестильном имени, а славянское по происхождению имя Мстислав в ту пору им быть не могло. В такой ситуации историки вынуждены были обратиться к другим источникам, в частности, к древним надписям, сохранившимся на самых разных предметах. Гипотезу о крестильном имени князя еще в 1950-е годы выдвинул крупнейший специалист по новгородской истории Валентин Лаврентьевич Янин (1929–2020). Изучая печати новгородских князей, он обнаружил, что единственным князем, которому по логике изображения святых, подходят печати со святыми Георгием и Федором, был именно Мстислав Юрьевич. Святой Георгий был небесным покровителем его отца, Юрия Долгорукого, а святой Федор, следовательно, — самого Мстислава, чье имя он, судя по всему, носил в крещении. 

Дополнительным аргументом в пользу такой атрибуции послужили изображения святых на знаменитом «шлеме Ярослава Всеволодовича». Хотя шлем по традиции называется так до сих пор, академик Янин считал, что первоначально он принадлежал именно Мстиславу Юрьевичу, а не его племяннику Ярославу. Об этом, по мнению ученого, говорит набор святых, изображенных на шлеме: Георгий — покровитель отца Мстислава Юрьевича; Василий — покровитель его деда, Владимира Мономаха, и Федор — самого князя. Кроме того, о том, что владельцем шлема был именно князь по имени Федор, свидетельствует и надпись на налобной пластине, которая гласит: «Господи, помоги рабу твоему Федору». Вот так даже в отсутствие прямых летописных указаний историки, опираясь на печати и другие артефакты, могут восстановить полный набор имен древнерусских князей и атрибутировать принадлежавшие им вещи.

Летние находки сезона 2025: чьи печати нашли этим летом в Москве и Новгороде

Многие громкие и порой удивительные археологические открытия в нашей стране до сих пор совершаются главным образом в Великом Новгороде — пожалуй, наиболее своеобразном городе Древней Руси. Например, в этом году уже в конце летнего сезона археологи сделали уникальную находку. На территории Ярославова дворища, которое расположено на Торговой стороне города, совместным трудом экспедиции Института археологии РАН и Новгородского государственного музея-заповедника была обнаружена печать совершенно нового типа, принадлежавшая князю Ярославу Мудрому.

Первая печать этого князя была найдена еще в 1994 году. И та первая находка тоже была уникальной, поскольку, помимо вполне ожидаемого изображения святого Георгия — небесного покровителя Ярослава Владимировича — на одной из ее сторон, археологи увидели на обороте портрет самого великого князя, что является огромной редкостью. С печати смотрел статный молодой мужчина в плаще, шлеме и с торчащими в стороны усами. В последующие годы на территории Украины было найдено еще шесть подобных печатей. При всей своей условности этот портрет — единственное прижизненное изображение Ярослава Мудрого, ведь в росписях Софийского собора в Киеве такого портрета нет.

Печать, найденная этим летом в Великом Новгороде, сохранилась хуже: из-за выпуклой формы заготовки изображения на ней оттиснулись только в центральной части. Тем не менее мы можем уверенно различить образ все того же святого Георгия, а на другой стороне — княжеский знак (тамгу) Ярослава в форме трезубца с кружком на вершине среднего стержня. «Оформление новой печати обнаруживает сходство со знаменитым “Ярославлем сребром” — монетами, которые Ярослав Владимирович чеканил во время своего княжения в Новгороде» — считает заместитель директора Института археологии РАН Петр Григорьевич Гайдуков. Таким образом, есть основания связать новую находку именно с периодом новгородского княжения Ярослава, что, в свою очередь, говорит о ее раннем происхождении. Скорее всего, печать относится к 1010-1019 годам.

Этим летом археологами была сделана еще одна любопытная находка, на сей раз уже в Москве. Это печать великого князя московского и государя всея Руси Ивана III Васильевича (1462–1505). Дед Ивана Грозного незаслуженно обойден вниманием по сравнению со своим противоречивым внуком, хотя именно при нем Москва окончательно стала центром объединенного русского государства и освободилась от ордынского владычества. Обнаруженная на территории Шереметева двора, который находится с северной стороны улицы Воздвиженки, печать Ивана III примечательна тем, что это одна из последних свинцовых печатей московских князей — позже они все станут восковыми. По своему оформлению она существенно беднее известной красно-восковой печати Ивана III: на ней нет ни двуглавого орла, ни торжественной, окружающей изображения надписи, содержащей титул «господарь всея Руси». Хотя точной датировки специалисты не дают, надо полагать, что она все же может считаться более ранней, чем восковая, которая относится к 1497 году.

Хотя на печати, найденной в Москве, так же как и на печати Ярослава Мудрого, присутствует святой Георгий, однако изображен он тут в совершенно иной иконографии и по другой причине. Святой предстает перед нами в привычном образе всадника, поражающего копьем змея, и помещен на печать именно в качестве символа власти московского князя, поскольку уже со времен Дмитрия Донского стал считаться небесным покровителем Москвы. О том, что изображение св. Георгия на этой печати не связано с личностью самого Ивана III, говорит и тот факт, что при крещении этот царь получил имя Тимофей.

На другой стороне буллы (прим. ред.: то есть печати) надпись: «Печать князя великого Ивана Васильевича». 

****

Печати, которые продолжают находить в ходе раскопок, до сих пор могут рассказать археологам и историкам что-то новое о древнерусском обществе и государстве, хотя найдено их было уже немало. Рассмотреть их своими глазами можно в разных музеях по всей России, однако особенно интересные коллекции выставляются в Новгородском музее-заповеднике в Великом Новгороде, где хранится более 2000 вислых печатей. Там их можно увидеть в экспозиции Главного здания музея, а также в Музее письменности и, конечно, на специальной выставке «Эволюция власти. Памятники сфрагистики и нумизматики из собрания Новгородского музея-заповедника».  

Автор текста Александр Ковалев

Изображение на обложке: выставка «Эволюция власти. Памятники сфрагистики и нумизматики из собрания Новгородского музея-заповедника», фото: Новгородский государственный объединенный музей-заповедник