Мировой рынок
Сейчас на рынке достаточно много моделей активных наушников, широко использующихся как в военных целях, так и на охоте, в спорте, шумном производстве. Основными полезными свойствами являются: защита органов слуха от опасных звуковых волн, фильтрация шума, а также усиление тихих звуков.
Как правило, активные или тактические наушники представляют собой охватывающие наушники закрытого типа, чашки которых сделаны из плотного, ударопрочного материала. Внутри чашек размещена электроника, излучатели в виде динамиков, уложен звукоизоляционный материал. На внешней части размещены микрофоны, передающие внешние звуки через внутренние излучатели в стерео формате.
Закрытый тип конструкции в совокупности с амбушюрами из плотного материала способен гасить звук до 30 дБ, что даёт возможность спокойно работать в шумной обстановке и не бояться за слух при выстреле. Активная часть электроники способна уменьшать громкость выходного сигнала за доли секунды, а также выделять среди шума отдельный спектр частот, например речевой, для возможности переговоров в условии постоянного шума.
Теперь подробнее о локализации источников звука, при такой схеме.
Передача звука во многом схожа с «диском Джеклина», с той разницей, что в роли диска - голова слушателя, а микрофоны направлены в одну сторону. Точно угадать позицию источника не получится, за счёт того, что передаточная функция головы задействована не полностью. Нет главного фактора - дифракции звуковых волн о геометрию уха, ведь микрофоны размещены в открытом пространстве.
Также, существуют модели в которых задействовано несколько разнонаправленных микрофонов, уже с квадрофоническим выводом звука. Но полноценно передать позицию со всех направлений они также не способны, всё по той же причине.
Ещё одним из решений на рынке активных наушников является модель в виде внутриканальных вкладышей.
Конечно, она гораздо более эргономична по сравнению с охватывающими, но есть существенные недостатки:
уровень шумоизоляции не будет выше 20-25 дБ, в то время как у охватывающих может быть до 40
функционал весьма ограничен, за счёт миниатюрных габаритов конструкции
позиционирование звука не точное, из-за расположения микрофонов далеко за пределами слухового канала, плюс сам корпус, закрывающий собой часть ушной раковины.
Инновация
И тут мне в голову пришла идея:
заменить внешние микрофоны на бинауральные. То есть, разместить электретные капсюли микрофонов внутри слуховых проходов реплик ушных раковин на глубине 10 мм.
звук вывести не через внутренние динамики, а через внутриканальные с применением амбушюр из вспененного материала. И тут убиваем сразу двух зайцев: во-первых - улучшается звукоизоляция на 20дБ, а во-вторых - детализация.
В качестве материала для реплик я выбрал силикон, как наиболее близкий по звуковой проницаемости к хрящам ушных раковин, ну и простота при производстве. Кроме того, мягкий силикон служит весьма эффективной виброразвязкой микрофона с корпусом.
Стоит отметить, что акустическое оформление практически у всех охватывающих тактических наушников просто отсутствует. Динамик передаёт звук через слой поролона, который выполняет функции шумоизоляции и о детализации не может идти и речи. В то время как внутриканальный излучатель передаёт звук напрямую в слуховой проход в полном слышимом диапазоне 20Гц-20кГц при хорошей чувствительности, что даёт прекрасную детализацию, вне всякой конкуренции с аналогами.
ПМ фиг.1
Может быть, для позиционирования также имеет значение точная реплика слухового прохода и угол наклона микрофона. Судя по графикам исследований, разница между стендами весьма заметна, но я пока не стал удлинять канал по соображениям эргономики, иначе глубина чашек вырастет ещё на 20 мм и может не поместиться под шлем. И второй важный момент - в предложенной модели вывод звука производится излучателем внутри слухового прохода в том же месте, что и микрофон в наружной реплике. Таким образом, геометрия канала и угол наклона барабанной перепонки будут учитываться естественным образом.
Микрофон, установленный внутри слухового прохода, перестаёт корректно работать. Только расположение на входе даёт хороший результат, не искажая при этом позиционирование. Данное утверждение базируется на ряде собственных опытов бинауральной звукозаписи, с микрофоном расположенным как внутри, так и снаружи прохода. Внутреннее расположение приводит к снижению НЧ, повышению ВЧ, а также различным искажениям, даже в случае демпфирования стенок слухового прохода.
Первые испытания прототипа, безусловно подтвердили теорию. Позиция ощущается достаточно чётко с любого направления, несмотря на то, что реплики были меньше по размеру от моих собственных ушей на 1 см.
Бинауральный звук весьма требователен к АЧХ, и построить его на микрофонах, усилителе и наушниках с высоким коэффициентом нелинейных искажений не получится. Точнее звук и позицию получить можно, но вот его качество будет оставлять желать лучшего. Поэтому, после первых испытаний прототипа я сразу же решил заменить микрофонные капсюли и внутриканальные излучатели на более качественные по АЧХ. И как результат - улучшилось позиционирование, детализация, а также слышимый радиус.
Из наиболее подходящих эл. капсюлей, которые мне удалось найти, стоит выделить две модели:
Panasonic WM-61
спецификация, АЧХ PUI Audio AOM-5024L-HD-R
спецификация 
АЧХ
А из недорогих внутриканальных излучателей - модель Sony MDR-EX15LP.
Конечно, приведённые модели служат в качестве примера. Можно взять и любые другие аналоги, с высокой чувствительностью и ровной АЧХ.
Бинауральный рекордер
Также, модель может стать прекрасным решением, в виде профессионального рекордера для записи бинаурального звука. Эргономичная, с широким функционалом.
Пространства внутри корпусов левой и правой части предостаточно, чтобы разместить все необходимые модули, включая карту памяти и беспроводной модуль для управления со смартфона. А внутриканальные излучатели будут в точности передавать записываемый материал.
Область применения такого рекордера весьма широка. Начиная от любительской съёмки на отдыхе, заканчивая профессиональной: запись концертов живой музыки, выставки акустики, сбор образцов звука, запись роликов для VR.
Модель получилась по-настоящему инновационной:
превосходное позиционирование со всех направлений, дающее как тактическое преимущество в военной среде, так и безопасность на производстве
более эффективная шумоизоляция, по сравнению с аналогами
прекрасная детализация звука
имеет широкую область применения, в том числе в сфере звукозаписи
патент No217892
