Картинка: х/ф «Операция «Ы» и другие приключения Шурика»

Не так давно, пересмотрев известный фильм, откуда взята картинка в заголовке, я задумался: «А ведь на современном этапе это можно выполнить на совершенно другом уровне!».

Собственно говоря, моё небольшое исследование на эту тему ниже...

Со времён появления различных современных технологий извлечения звука, люди уже не воспринимают это как нечто удивительное. Однако, если быть откровенным, некоторые из этих способов выглядят довольно экзотично.

Например, возьмём способ создания звукового динамика из листа бумаги, металлических дорожек и магнита — удивляться, вроде бы, нечему, но выглядит любопытно:

Или та же виброколонка, которая за счёт вибраций сердечника способна передавать эти вибрации любой поверхности, превращая её в огромный динамик. Лично экспериментировал с этим в прошлом: огромное офисное окно от пола до потолка превратилось в гигантский динамик. Результат был впечатляющим — из соседнего кабинета прибежали ругаться на шум :-)

Или, например, возьмём тот же самый эффект магнитострикции, когда изменения магнитного поля приводят к изменению объёма и размеров физического тела, проявляющего эффект магнитострикции.

Ниже можно увидеть, какие материалы проявляют эффект магнитострикции и какое удлинение они при этом демонстрируют:

Картинка: Ю.В.Холопов — «Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов»

Зачастую такой эффект используется для генерации ультразвука, где для этого берут стержень из магнитострикционного материала (возможно использовать даже феррит), помещают его внутрь катушки из провода, на которую подают питание с ультразвуковой частотой, и на определённой частоте начинает демонстрироваться этот эффект.

Например, ниже можно увидеть видео, где при появлении такого эффекта во время изменения питающей частоты в определённый момент возникает резонанс и происходит распыление воды, покрывающей конец стержня. Однако изменения размеров стержня происходят и на других частотах, что видно по колебаниям капли.

Ещё один интересный способ генерации звуковых колебаний — использование пьезоэлектриков. Изменение питания со звуковой частотой вызывает деформации пьезоэлектрического кристалла, что, в свою очередь, позволяет излучать слышимый звук.

Однако моя цель — не перечислить все доступные способы извлечения звука, которых гораздо больше, чем упомянуто. Я лишь хочу подчеркнуть, что в звуке нет никакой магии, и существует множество способов его получения.

Тем не менее, одним из самых интересных способов, на мой взгляд, для описанной в начале статьи затеи является такой метод генерации звука, при котором его, по возможности, слышит только адресат (по понятным причинам).

И здесь, на мой взгляд, может прийти на помощь интересный эффект под названием «костная проводимость».

Речь идёт о технологии, которая передаёт звук через кости черепа прямо к внутреннему уху. В результате этого звука не слышно внешнему наблюдателю — он звучит только «в голове» у адресата.

Эта технология не нова — она существует с начала XX века. Сегодня её используют для создания различных наушников, выполненных в виде своеобразного ободка на голову. Концы ободка плотно прижимаются к голове в определённых местах и активно вибрируют, позволяя человеку слышать звук, при этом оставляя уши открытыми. Звук, передаваемый таким устройством, практически не слышен окружающим.

Такой подход особенно ценят те, кому необходимо быть на связи и в то же время контролировать ситуацию вокруг: работники определённых отраслей, спецвойска, пользователи в ряде бытовых кейсов (например, слушаю подкаст и одновременно отслеживаю, не плачет ли ребёнок), пользователи с проблемами слуха (используют костную проводимость для передачи звука к внутреннему уху).

Но всё обозначенное выше — довольно известные факты, и для нас интересно вовсе не это, а то, что выступать источником вибраций для передачи звука через костную проводимость может широкий круг устройств!

Например, среди таких может быть… использован обычный мини/микро электродвигатель постоянного вращения! Да-да, как ни странно!

Тем не менее, если подумать, то в этом нет ничего удивительного: для достижения такого эффекта необходимо электродвигатель подключить к земле и одному из звуковых каналов звукового устройства (что, по отзывам некоторых, может закончиться довольно плачевно для звукового выхода; однако ниже я провёл собственный эксперимент, и всё прошло благополучно). Таким образом, у нас электродвигатель подключен в роли, условно говоря, динамика колонки или одного из наушников.

Теперь, если включить звук, то вал электродвигателя начнёт совершать вращательные колебания в одну и другую сторону со звуковой частотой.

При этом, что интересно, на слух не будет не слышно ничего и будет стоять полная тишина; однако стоит только зажать вал электродвигателя в зубах — и у вас в голове зазвучит музыка или иной воспроизводящийся звук!

Я решил провести собственный эксперимент подобного рода, и в качестве донора взял купленный по случаю ранее микроэлектродвигатель длиной 12 мм, где диаметр самого корпуса составлял 4 мм, а диаметр вала 0,7 мм при его длине в 3 мм:



Для проведения эксперимента я припаял двигатель, как и говорилось выше, к земле и одному из каналов разборного звукового штекера 3,5 мм, воткнул в компьютер и включил один из своих любимых треков:

Только не нужно забывать, что электродвигатель — это обратимая электрическая машина, то есть он сам может генерировать электричество в определённые моменты (например, если на него не подаётся питание, а вал его вращается в этот момент). Что из этого следует: возникнут скачки напряжения, идущие в аудиовыход, что потенциально (по замечанию некоторых экспериментаторов) может привести к повреждению аудиопорта. У меня ничего подобного не произошло — подозреваю, что по причине того, что я взял очень маленький двигатель. Поэтому нужно иметь в виду, что подобные эксперименты, если захотите повторить мой, вы будете делать на свой страх и риск!

Возвращаясь к эксперименту выше:… иии ничего не произошло — в комнате стояла полнейшая тишина и я даже несколько разочаровался :-)

Однако логически я понимал, что это только начало эксперимента, после чего взял двигатель и крепко сжал его вал зубами (резцами с правой стороны) — чего не сделаешь ради эксперимента (видел бы меня кто-нибудь в этот момент:-))).

И тут… Да-да, у меня в голове зазвучала музыка! О_о
Причём я без проблем разбирал слова трека и даже неплохо так долбили басы!

Проведя ряд экспериментов с громкостью, а также с тем, какими зубами зажимается вал, я обнаружил, что звучание остаётся одинаковым вне зависимости от того, какими зубами его зажать.

При этом качество звучания существенно улучшается, если заткнуть пальцем одно ухо на той стороне, на которой зажат вал зубами (например, мы зажали вал левыми резцами, соответственно, затыкаем левое ухо пальцем).

В рамках решаемой задачи для сохранения баланса «громкость для целевого слушателя/тишина вокруг» можно одно ухо заткнуть ваткой (якобы простудил), которую можно даже вынуть и продемонстрировать пустой ушной канал при проверке, что там нет наушника :-)

Увеличение громкости также влияет крайне положительно, и разбирать музыку становится ещё проще, так что я делаю вывод, что звуковой усилитель в этой системе далеко не последняя по важности вещь, и он должен быть достаточно мощным, чтобы можно было поэкспериментировать и добиться нужного.

При этом в комнате всё так же стоит полная тишина!

Далее я провёл следующий эксперимент: в ходе исследования этой темы мне удалось найти ряд опытов, в которых энтузиасты использовали обычные однотонные пьезоэлектрические зуммеры в виде пластинок.

У меня их было некоторое количество, купленных по случаю ранее, диаметром порядка 11 и 27 мм.

Поочерёдно я припаял их к штекеру, поместил в полиэтиленовый пакетик, чтобы защитить от замыкания контакты, и провёл ряд экспериментов с их «укусыванием» :-)



Результаты получились следующие: при подключении штекера к компьютеру и включении звукового трека зуммеры начали звучать, как и ожидалось, довольно тихо. Они издают один громкий тон, но только на частоте резонанса. И это нам на руку — нам не нужен громкий звук, который слышали бы все вокруг.

Звук был достаточно тихим и едва различимым в комнате, где работает компьютер с его гудящими вентиляторами.

То есть пьезоизлучатели висели на проводах штекера, поочерёдно воткнутые в компьютер, а я пытался слушать их звук со стороны, чтобы оценить, насколько он слышим для других.

По моим оценкам, его нельзя назвать абсолютно неслышимым, но в то же время в аудитории, где будет минимальный шум (шарканье ног, скрип ручек, шум одежды, небольшой шум с улицы/из коридора) такой звук не будет слышно.

Далее я провёл тот же самый эксперимент, крепко укусив и удерживая зубами пьезоизлучатель.

При этом выявилась весьма логичная зависимость: диаметр пьезоизлучателя напрямую влияет на слышимость его звука. Например, звук от маленького пьезоизлучателя диаметром 11 мм было сложно различить без усилий, тогда как 27-миллиметровый излучал звук в голове очень чётко, и можно было разбирать даже мелкие нюансы музыки, не говоря уже о словах.

Тем не менее, оба этих излучателя нельзя, как я и говорил, назвать полностью бесшумными: если кто-то подойдёт к вам впритык и будет стоять рядом с вами, то звук от них вполне можно услышать стороннему слушателю.

Протестировав все три типа излучателей, эксперименты с которыми я видел ранее, мне удалось подметить любопытную деталь: в тех экспериментах, которые я видел, экспериментаторы подмечали, что звук от пьезоизлучателей более предпочтителен, так как он более громкий по сравнению с электродвигателем.

Однако проведя собственный эксперимент, я заметил, что электродвигатель является более «точечным» излучателем, если его можно так назвать: благодаря малой площади вала существенный переход вибрации к окружающим объектам происходит только в месте плотного удержания вала зубами, в то время как излучение вибрации в окружающее пространство остаётся минимальным, что выражается в практически полной тишине вокруг!

Если вернуться обратно к пьезоизлучателям, то надо отметить, что выявился и любопытный их негативный момент: несмотря на то, что я не занимался излучением ультразвука, при достаточно плотном сжимании зубов на пьезоэлектрическом излучателе, во время воспроизведения музыки им — в зубах возникали резкие неприятные ощущения, на грани болевых, примерно похожие на то, какие ощущения возникают при чистке зубов от налёта (кто делал, тот в курсе, наверное, о чём я говорю).

Таким образом, получается, что использовать пьезоэлектрические излучатели будет довольно затруднительно по причине болезненных ощущений.

Тут же в противовес следует сказать, что такие болезненные ощущения с электродвигателем у меня совершенно не возникали.

Если мы обратимся к конструкциям других излучателей вибраций для костной проводимости, например, здесь, или здесь, — то мы увидим, что там используется сердечник и проволочная катушка вокруг него — полагаю, это сделано для возможности передачи большей мощности, а не для целей «точечного» излучения; хотя, с другой стороны, если сравнить размер такого излучателя например, для второй ссылки, где мощность излучения (там по ссылке есть краткий даташит) составляет 1 Вт, а размеры его — всего лишь 12,6х6х4 мм — то, его, наверное, можно вполне назвать условно «точечным» излучателем.

Таким образом, я делаю вывод, что использование тех или иных звуковых излучателей в виде катушки с сердечником или электродвигателя является более предпочтительным, чем использование пьезоэлектрических излучателей.

На основе эксперимента с электродвигателем могу сказать, что, как уже упоминалось ранее, требуется обратить внимание на систему усиления звука. Она должна обеспечивать достаточную громкость звука в голове, но при этом не делать его настолько громким, чтобы его могли услышать окружающие.

Таким образом, если вы решите остановиться на электродвигателе, то можно поэкспериментировать с предварительным усилением, добившись того результата, который будет приемлемым.

Или же попробовать поэкспериментировать с ферритовым стержнем и обмоткой на нём, чтобы добиться некоего, приемлемого по величине, магнитострикционного эффекта.

В качестве ещё одной альтернативы можно рассмотреть ту же конструкцию, которая была выше, в случае вибро колонки (естественно, соответствующим образом её уменьшив).

Но теперь, остаётся самый главный вопрос — а для чего, собственно, это всё?

Как я уже упоминал в самом начале, при просмотре известного фильма у меня возникла идея: одного из героев заметили на списывании только потому, что у него голова была перемотана бинтами, скрывающими наушник, а микрофон был практически на виду, спрятанный в цветке (да, технологии тех времён оставляли желать лучшего). Кроме того, ему приходилось вслух произносить запросы своему подельнику помощнику, чтобы получить требуемую информацию.

Однако это всё можно значительно улучшить :-) Предположим, что в качестве комплекса наушник/микрофон используется один из современных внутриканальных наушников с микрофоном. При этом динамик заменяется на виброустройство, а вся конструкция помещается в водозащитный корпус (например, заливается силиконом). Затем устройство размещается за щекой, наподобие жвачки.

Таким образом, сжав эту конструкцию в определённом месте зубами (или даже просто плотно положив рядом с зубами) и отстукивая запрос зубами с помощью азбуки Морзе (что будет слышать микрофон) можно вполне добиться положительного разрешения ситуации, рассмотренной в фильме :-)) Мы будем слышать, что нам говорят, и одновременно сможем передавать свои запросы собеседнику. Причём всё это останется совершенно незаметным для окружающих!

И для этого вовсе не нужно стучать зубами так, будто вы оказались на Северном полюсе :-) Достаточно лёгкого постукивания, чтобы ваш визави «на другом конце провода» услышал всё отчётливо — ведь микрофон расположен прямо у вас во рту!

Более того, можно пойти ещё дальше: установить на смартфон вашего помощника программу, которая автоматически распознаёт стук зубами на азбуке Морзе и преобразует его в текст. Это избавит его от необходимости самому изучать код Морзе.

Если развить эту идею ещё дальше, то можно представить её как основу для шпионского стартапа: вы передаёте сообщения, постукивая зубами азбукой Морзе, а ответы получаете через вибрации по костям. Никто ничего не слышит, уши остаются свободными, и никто не заметит наушник. Такая система могла бы стать доступной для широкой аудитории.

Хмм, любопытственная концепция вырисовывается, есть над чем поразмыслить, не так ли? ;-)

Заканчивая рассказ, хочу сказать, что будет интересно почитать, что вы обо всём этом думаете и какие усовершенствования, на ваш взгляд, необходимо привнести в проект!

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?