В чем измеряется сопротивление в наушниках. Как выбрать хорошие наушники по техническим характеристикам. Время работы плеера или смартфона
2014-02-16T01:32
2014-02-16T01:32
Audiophile"s Software
Пролог
Наушники обычно имеют импеданс в диапазоне от 16 до 600 Ом (а некоторые - и больший). Так какое же значение импеданса наушников является наилучшим? Ответ во многом зависит от того, куда вы собираетесь их подключать.
Какой лучше?
Лучше ли наушники с низким импедансом, чем с более высоким? Каково оптимальное значение импеданса? Вот несколько важных рекомендаций (хотя и в несколько упрощенном виде):
- Если вы ищете наушники для использования с портативным плеером или ноутбуком, следует отдать предпочтение наушникам с импедансом 16 - 32 Ом и чувствительностью хотя бы 100 дБ/мВт. Существуют также наушники с большим импедансом, вплоть до 80 Ом, достаточно чувствительные, чтобы работать с некоторыми портативными устройствами, особенно если вам не требуется слишком высокая громкость. Но фактически, чем меньше импеданс, тем лучше совместимость с устройствами, работающими от батарей.
- Если вы не знаете выходной импеданс устройства-источника, лучше воздержаться от использования арматурных наушников, так как они могут нежелательным образом взаимодействовать с высоким выходным импедансом, что приведет к откровенно плохому звучанию.
- Если ваш источник соответствует Европейским нормам максимальной громкости (им соответствуют многие современные телефоны, даже продаваемые за пределами Европы), тем более важно выбрать наушники с импедансом 16 Ом и чувствительностью 100 или более дБ/мВт. Совместимые с Европейскими нормами устройства имеют меньший уровень выходного сигнала, чем большая часть других портативных устройств.
- Если вы используете специальный усилитель для наушников или ЦАП, ознакомьтесь с их спецификациями или инструкциями, чтобы узнать диапазон рекомендуемых значений импеданса наушников.
- Если вы смотрите в сторону наушников с чувствительностью мене 100 дБ/мВт, ознакомьтесь с хотя бы пятью первыми абзацами этой статьи .
Различный импеданс наушников
Импеданс практически всех непрофессиональных акустических динамиков лежит в диапазоне 4 - 8 Ом. Это упрощает работу разработчикам усилителей, ресиверов, etc., т.к. они практически в точности знают, каким будет импеданс нагрузки. Но с наушниками дела обстоят несколько иначе. Существует несколько стандартов, потому импеданс изменяется в широких пределах, в зависимости от разработчика, а также в зависимости от устройств, для которых разрабатываются эти наушники: портативные устройства, бытовые, студийное/профессиональное оборудование. Диапазон - от 16 до 600 (в 40 раз больше) Ом. Это является причиной значительного количества проблем совместимости.
Почему импеданс важен
Источники предназначенные для наушников, в большинстве своём, дают совершенно разные значения мощности с различными импедансами наушников. Например, портативный плеер Clip+ может обеспечить 16 мВт для 16 Ом и всего лишь 0.8 мВт для 300 Ом. FiiO E7 может выдать более 100 мВт на 16 Ом, но всего 2.8 мВт на 600. Некоторые источники - например, Mini3, FiiO E9 - вообще несовместимы с низкоомной нагрузкой.
Достаточная громкость
Большинство источников обеспечивает как минимум 5 мВт мощности для 16 Ом. Для наушников с чувствительностью 100 дБ/мВт (рекомендуемый минимум для портатива) это даст 107 dBSPL (звуковое давление), что находится в диапазоне 105 dBSPL – 115 dBSPL, который для большинства людей соответствует достаточному уровню громкости. Смотрите More Power .
Какой импеданс считается высоким?
Я не слышал о каких-либо жестких рамках, но в большинстве случаев 100 Ом и выше определяется как «высокий импеданс». Такие наушники чаще всего не предназначены для портативного использования. Также 32 Ом и ниже можно с уверенностью назвать «низким импедансом», такие значения подходят для применения где угодно. Таким образом остается неопределенный участок между 32 и 100 Ом, в котором пригодность наушников для тех или иных целей определяют другие факторы.
Внутриканальные наушники с уравновешенным якорем
Многие внутриканальные мониторы класса high-end используют технологию уравновешенного якоря. Примерами являются в том числе внутриканальные модели от Shure, Etymotic, Ultimate Ears, etc. Эти наушники обычно имеют импеданс между 16 и 32 Ом, но их фактический импеданс в значительной степени зависит от частоты. 21-омные Ultimate Ears SuperFi 5, например, меняют свой импеданс от 10 до 90 Ом. Подобные отклонения импеданса часто приводят к нежелательному взаимодействию с выходным импедансом источника.
Почему импеданс наушников так сильно варьируется?
Для этого есть множество причин:
- Исторически сложившиеся предпочтения - До появления первых хорошо звучащих портативных устройств большинство высококачественных наушников подключалось либо к домашней стереосистеме, либо к профессиональному студийному оборудованию. По причинам простоты и дешевизны в 60-х - 80-х такие устройства имели высокий выходной импеданс. В них просто использовались большие сопротивления, чтобы создавать падение напряжения с выходов на колонки (так к этим выходам можно было подключать наушники).
- Устаревший стандарт 1996-го - В 1996 был введен стандарт на выход под наушники - 120 Ом - очевидно, больше, чем было бы удобно для разработчиков соответствующего оборудования. Впоследствии Stereophile выразил своё мнение о данном стандарте: «Кто бы это не придумал, он явно живет в мире грез» . Низкий выходной импеданс даёт множество преимуществ, но необдуманный стандарт всё еще продолжает оказывать влияние на разработку высокоомных наушников.
- Высокий импеданс приветствуется для high-end наушников - В данном случае может быть несколько весомых аргументов в пользу высокого импеданса наушников. Высокий импеданс позволяет использовать большее количество витков в звуковой катушке динамика. Это может повысить эффективность подвижной системы и уменьшить количество необходимых компромиссов, улучшая звучание в целом. Также высокоомным наушникам для раскачки требуется меньший ток, что зачастую приводит к уменьшению различного рода искажений. Высокий импеданс делает звучание наушников менее зависимым от выходного импеданса источников, в т. ч. менее чувствительным к длине трёхпроводного кабеля и качеству коннектора (jack, mini-jack, etc). Практически всегда усилители дают меньше искажений на наушниках с более высоким импедансом.
- Революция iPod способствует снижению импеданса - На 2009 год было продано более 200 миллионов iPod"ов. До iPod были другие портативные устройства. Можно даже сказать, что с учетом музыкальных мобильных телефонов мы имеем более одного миллиарда используемых портативных устройств . Это важно, так как устройства работающие от батарей не могут нормально работать с высокоомными наушниками. Таким образом была форсирована разработка подходящих наушников с низким импедансом. Но это идет вразрез с первыми тремя пунктами; таким образом мы имеем преимущества для high-end и пережитки прошлого против огромного маркетингового потенциала миллиарда портативных устройств.
Какие наушники я могу использовать для своего устройства?
Это главный вопрос, которым задаётся большинство людей. Чтобы ответить на него, необходимо определиться с тремя вещами:
- Требования к мощности - Достаточно ли у источника мощности, чтобы раскачать данную пару наушников до достаточного уровня громкости? Упомянутые выше рекомендации касаемо 100 дБ/мВт скорее всего помогут ответить на данный вопрос. В том случае, если наушники имеют меньшую чувствительность (или она не указана), смотрите статью More Power .
- Выходной импеданс устройства - Узнать его проблематично, так как выходной импеданс большинства устройств неизвестен. Но идея в том, чтобы соблюдать правило 1/8, описанное в статье о выходном импедансе . Если вы умножите импеданс источника на восемь, вы получите минимальный импеданс нагрузки, которую с данным устройством рекомендуется использовать. Усилитель FiiO E9 , к примеру, имеет выходной импеданс 10 Ом. Таким образом, если вы хотите быть уверены в максимуме качества, его следует использовать с наушниками имеющими импеданс 80 и выше Ом.
- Искажения источника - Некоторые источники имеют проблемы с низкоомной нагрузкой. Ламповые усилители без выходных трансформаторов, к примеру, дают с низкоомными наушниками значительно больше искажений.
Можно ли по ошибке повредить что-либо?
Использование неподходящих для данного устройства наушников, как правило, не повредит ничему, кроме звука. Однако, некоторые источники способны выдавать на выходе очень большие значения и потому действительно могут повредить высокочувствительные наушники. Но это произойдет лишь в том случае, если вы увеличите уровень громкости далеко за разумные пределы, т. е. скорей всего это может произойти лишь по случайности. Некоторые усилители для наушников имеют переключатель уровня усиления, чтобы предотвратить подобные случаи.
Когда возникает необходимость в усилителе для наушников или в ЦАП?
Напоследок
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Напряжение и ток
Чтобы понять, что такое импеданс важно иметь хотя бы общее представление о напряжении и токе. Вольтаж аналогичен давлению воды, в то время как ток является аналогом потока воды (например, галлонов/минуту). Если вы пустите воду из вашего садового шланга без насадки, вы получите большой поток воды и сможете быстро наполнить ею ведро, но давление у края шланга при этом будет практически равно нулю. Если же вы воспользуетесь небольшой насадкой, давление (напряжение) будет значительно большим, но поток воды уменьшится (потребуется больше времени, чтобы наполнить то же ведро). Эти две величины связаны обратной зависимостью. Высокое давление обычно соответствует малому потоку, и наоборот. То же самое справедливо и для напряжения/тока.
Насадки для шланга
Грубо говоря, импеданс аналогичен размеру насадки для шланга. Высокоомные наушники подобны узкой насадке. Чтобы получить больше воды, необходимо более высокое давление (напряжение). Низкоомные же наушники скорее соответствуют случаю наполнения ведра без насадки, требуя больший поток и не слишком высокое давление. Большая часть выходов под наушники хорошо годится либо для первого, либо для второго случая, но не для обоих. Потому важно знать, с чем вы имеете дело, и соответствующим образом подбирать наушники.
Импеданс нагрузки (наушников)
Импеданс наушников - почему он важен, от чего зависит и на что влияет. Как выбрать наушники с оптимальным значением импеданса.Под сопротивлением наушников или импедансом понимается номинальное или полное сопротивление по переменному току / на входе наушников. Полное сопротивление складывается из резистивной и реактивной составляющей.
Выбирать наушники по сопротивлению нужно в соответствии с тем, с какой техникой вы собираетесь их использовать. Как правило, для использования с портативной техникой следует подбирать наушники с более низким импедансом, а для стационарной — с более высоким. Низкоомными наушниками условно считаются наушники с сопротивлением до 100 Ом. Для обычной портативной техники рекомендуются наушники с сопротивлением от 16 до 32 Ом, максимум - 50 Ом. Однако, если у наушников высокая чувствительность, то можно использовать и большее сопротивление.
У усилителей портативной техники жестко ограничен выходной уровень напряжения, но как правило, не имеет жесткого ограничения уровень тока. Поэтому обеспечить максимально возможную мощность для портативной техники могут только низкоомные наушники. У стационарной техники, как правило, ограничение по напряжению не такое низкое, и для получения достаточной мощности можно использовать высокоомные наушники. Высокоомные наушники являются более благоприятной нагрузкой для усилителя, с ними усилитель работает с меньшим уровнем искажений.
Громкость наушников зависит в первую очередь от их чувствительности, а от сопротивления зависит то, сколько мощности может дать усилитель. Например, у наушников А и Б одинаковая чувствительность - 110 дБ/мВт (чувствительность указана по отношению к мВт). Портативный плеер развивает на своем выходе не более 1 В. У наушников А сопротивление 16 Ом, у наушников Б - 150 Ом. Для наушников А плеер выдаст 62 мВт, а для наушников Б всего 7 мВт. Соответственно, чтобы получить аналогичную громкость на наушниках Б, нужно подать те же 62 мВт, которые возможны при 3 В, а в нашем примере плеер ограничен 1 В. Однако стоит учесть, что чувствительность может указываться не к мощности, а к напряжению. Если для обоих наушников будет указана чувствительность, например, 110 дБ/В (чувствительность указана по отношению к В), то независимо от их сопротивления они будут играть одинаково громко (если у усилителя выходное сопротивление близко к нулю).
Кривая сопротивления наушников может отличаться в зависимости от типа наушников, например, для динамических полноразмерных в большинстве случаев на графике можно наблюдать низкочастотный резонанс.
По кривой Rz можно так же обнаружить дефекты и брак, если на кривой присутствуют сильные резонансы в узких полосах частот.
Зависимость АЧХ и SPL от импеданса наушников
АЧХ наушников зависит от кривой Rz и выходного сопротивления усилителя. Чем выше выходное сопротивление усилителя, тем больше меняется АЧХ наушников в соответствии с кривой Rz. В примере у наушников чувствительность 110 дБ/В, сопротивление 20 Ом, пиковое значение на графике Rz для 60 Гц - 60 Ом.
При подключении к усилителям с разным выходным сопротивлением можно проследить, как меняется АЧХ. Видно, что при подключении наушников к усилителю с выходным сопротивлением в 300 Ом АЧХ на 60 Гц меняется до 7 дБ.
АЧХ показаны на разном уровне, в соответствии с тем, как будет изменяться SPL (УЗД - уровень звукового давления) при подключении низкоомных наушников к усилителю с заданным выходным сопротивлением. При подключении наушников к усилителю с выходным сопротивлением 300 Ом уровень SPL будет ниже на 25 дБ. В данном случае на выходе усилителей был выставлен уровень сигнала 1 В RMS без нагрузки (или нагрузке выше 1000 Ом). Таким образом, низкоомные наушники играют тише, чем высокоомные с одинаковой чувствительностью по отношению к напряжению, подключенные к усилителю с высокоомным выходным сопротивлением при одинаковом положении регулятора громкости.
Зависимость падения амплитуды в дБ в зависимости соотношения величины внутреннего сопротивления усилителя от величины нагрузки Rz на конкретной частоте можно оценить на графике ниже.
Можно увидеть, что если, например, у усилителя внутреннее сопротивление равно 50 Ом, и без нагрузки он выдает определенный уровень сигнала, то при подключении наушников с сопротивлением 25 Ом - получаем соотношение сопротивления усилителя к нагрузке равным 2, и падение амплитуды около 10 дБ. Если у наушников сопротивление 50 Ом, то отношение равно 1, и падение амплитуды уже 6 дБ, а если у наушников сопротивление 100 Ом, то соотношение равно 0,5 и падение амплитуды составит 4 дБ.
Однако более интересно, как отразится график Rz на конечной АЧХ без учета SPL. Разберем небольшой пример.
Отметим максимальное и минимальное значение на графике Rz. У нас получается 150 Ом в максимуме и 40 Ом в минимуме. Внутреннее сопротивление усилителя примем как 60 Ом. У нас получается два соотношения сопротивлений, внутреннего усилителя к Rz, это 60/150=0.4 и 60/40=1.5.
Мы получаем пересечения в 3 и 8 дБ. Их разница составит 5 дБ.
Теперь для данного случая разница между минимумом и максимумом составит 5 дБ. Аналогичным образом можно вычислить и для других значений выходного сопротивления. Для 0 Ом получим 0 дБ, для 25 Ом получим 3 дБ, для 100 Ом - 6,5 дБ, а для 300 Ом - 9 дБ.
Что значит показатель сопротивления наушников
Как известно, электрическое сопротивление – это способность тел препятствовать прохождению через них электрического тока. Сопротивление (импеданс) - одна из важных характеристик, определяющая электрическую нагрузку, которую оказывают наушники на источник звука. Показатель сопротивления наушников напрямую влияет на громкость и качество воспроизводимого звука.
Для оптимального соотношения качества звучания и громкости, нужно чтоб выходное сопротивление источника звука максимально соответствовало сопротивлению наушников. В противном случае, реальный потенциал наушников не будет раскрыт. В ситуации, когда сопротивление источника звука меньше внутреннего сопротивления наушников, громкость звучания будет меньшей. Более просто и понятно можно сказать так, подключать мониторные наушники с показателем сопротивления 200 Ом к аудиоплееру крайне неразумно, так как большой показатель сопротивления блокирует весь сигнал и громкость будет невысокая.
Другая крайность, когда выходное сопротивление источника звука больше сопротивления самих наушников. В такой ситуации наушники будут перегружены, и воспроизводимый звук будет сильно искажаться помехами. Это значит, что если у вас в виде источника звука акустическая система с большой мощностью, а у наушников значение сопротивления, например 32 ОМ, то вы будете разочарованы низким качеством звука, хрипами и шипением. Поэтому в этом случае разумно использовать наушники с высоким показателем сопротивления.
В настоящее время большинство наушников имеют средний показатель сопротивления 32-50 Ом, такие наушники подойдут и для плеера и для ПК. Наушники с сопротивлением 16 Ом имеют повышенную акустическую мощность и выдают громкий звук, наушники с сопротивлением 200-300 Ом, оптимальны для студийной работы.
Для усилителей часто можно увидеть такую характеристику, как «рекомендуемое сопротивление наушников» в виде диапазона сопротивлений.
Производители эту характеристику обычно определяют субъективно, попробовав свой усилитель с разными моделями наушников. Другие ориентируются на характеристики конкурентов и подстраиваются под них, если остальные характеристики похожие. При таком подходе неизбежно появляются продукты, для части которых эта характеристика становится завышенной, а для других заниженной. Какой-либо единой формулы для этой характеристики нет.
Но, как это часто бывает, если многие производители указывают подобную характеристику (аналогично «частотному диапазону» для наушников), то возникает ложное впечатление, что на это есть какой-то стандарт.
Эту характеристику можно вывести и посчитать, если подойти к такой задаче от исходного смысла характеристики и обобщить данные от производителей. Если у производителей эти данные взяты субъективно, то их можно посчитать эмпирическими и сделать некой точкой отсчета. Понимая же алгоритм расчета, всегда можно сделать необходимую поправку.
Определение характеристики
Основная суть характеристики, это определить, с какими наушниками усилитель сможет выдать приемлемый уровень громкости и при этом будет работать качественно (обладать хорошим звуком).Мы знаем, что для высокоомных наушников основным ограничением является напряжение, а для низкоомных – ток. Так как основная разница в основном указывается для границы высокоомных наушников, нам надо определить, какой уровень звукового давления с точки зрения большинства производителей является приемлемым именно для высокоомных моделей.
В выборку по базе RAA попали продукты, производители которых рекомендуют для наушников с импедансом до 600 Ом.
Модель / максимальный уровень напряжения:
ASUS Essence One MK2 16.2 dBV
ASUS Essence 3 Balanced 16.5 dBV
ASUS Essence 3 Unbalance 15.7 dBV
ASUS Xonar Essence STX Hi 16.3 dBV
ASUS STRIX RAID DLX Hi 15.4 dBV
ASUS STRIX RAID PRO Hi 15.4 dBV
ASUS ROG Xonar Phoebus 15.4 dBV
Cary Audio HH-1 18.9 dBV
Creative Sound Blaster X7 LE 15.7 dBV
Creative Sound BlasterX AE-5 14.5 dBV
Creative Sound Blaster E5 14.8 dBV
Erzetich Perfidus 17.0 dBV
Erzetich Bacillus Tilia 18.1 dBV
Musatoff HA-4 14.8 dBV
MyST DAC 1866OCU V.2 17.6 dBV
OPPO HA-1 16.7 dBV
OPPO HA-1 Balance 24.5 dBV
Из списка видно, что минимальное значение напряжения для 600 Ом равно 14.5 dBV (напряжение уже выражено в децибелах).
У наушников параметр чувствительности выражается как к напряжению, так и к мощности. Первый вариант позволяет сделать вывод о «громкости» наушников без учета их сопротивления, что очень удобно, когда мы сравниваем наушники с разным сопротивлением. Второй вариант показывает их КПД. При этом, если сделать одинаковые наушники, но с разным сопротивлением катушки индуктивности, то их КПД будет одинаковым (одинаковая чувствительность к мощности), но чувствительность к напряжению будет отличаться в зависимости от их соотношений их сопротивлений как 10*Log10(R1/R2).
При вычислении соотношений напряжений в децибелах используется формула 20*Log10(V1/V2), при разнице чувствительности к мощности 10*Log10(R1/R2).
Соотношение сопротивлений 16 Ом/600 Ом равно -15.7 дБ и наушники с сопротивлением в 600 Ом будут на 15.7 дБ тише наушников с сопротивлением 16 Ом, при прочей равной конструкции.
Таким образом, нам надо определить средний уровень чувствительности к мощности среди высокоомных наушников, отсеяв наушники с нестандартной конструкцией.
Т.к. выборка нужна в первую очередь по конструкции наушников у высокоомных моделей, а не строго только высокоомных моделей, то это позволяет сделать выборку по широкому кругу моделей в большем диапазоне сопротивлений и получить более адекватное среднее значение по чувствительности.
AKG K 340 ED 91,7 дБ/мВт SPL 398,6 Ом
Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm 94,5 дБ/мВт SPL 254,4 Ом
Beyerdynamic DT 880 Pro 95,6 дБ/мВт SPL 252,9 Ом
Beyerdynamic DT 990 Pro 250 Ohm 93,4 дБ/мВт SPL 267,4 Ом
Beyerdynamic DT 150 250 ohm 99,3 дБ/мВт SPL 280,1 Ом
Beyerdynamic DT 250 250 ohm 101 дБ/мВт SPL 268,7 Ом
Beyerdynamic DT 48 E 200 ohm 99,2 дБ/мВт SPL 200,1 Ом
Beyerdynamic DT 660 mk 2 85,6 дБ/мВт SPL 568,6 Ом
Beyerdynamic DT 770 600 ohm 96,6 дБ/мВт SPL 570,8 Ом
Beyerdynamic DT 797 99,5 дБ/мВт SPL 259,4 Ом
Beyerdynamic DT 831 106,2 дБ/мВт SPL 348,2 Ом
Beyerdynamic DT 911 106,5 дБ/мВт SPL 298,6 Ом
Beyerdynamic DT 931 107,3 дБ/мВт SPL 328,2 Ом
Beyerdynamic DT 990 600 ohm 95,4 дБ/мВт SPL 612 Ом
Beyerdynamic T1 99,3 дБ/мВт SPL 819,3 Ом
Beyerdynamic T70 99,6 дБ/мВт SPL 394,2 Ом
Beyerdynamic T90 97,6 дБ/мВт SPL 406,2 Ом
Beyerdynamic DT 250 250 Ohm Mod 103,1 дБ/мВт SPL 238,9 Ом
German Maestro GMP 400 98,2 дБ/мВт SPL 292,8 Ом
German Maestro GMP 435 S 111,9 дБ/мВт SPL 347,4 Ом
German Maestro GMP 450 PRO 105,8 дБ/мВт SPL 301 Ом
German Maestro GMP 8,300 D 99,9 дБ/мВт SPL 303,2 Ом
MB Quart QP 400 98,8 дБ/мВт SPL 292,5 Ом
Sennheiser HD 280-13 103,9 дБ/мВт SPL 405,9 Ом
Sennheiser HD 700 94,4 дБ/мВт SPL 235,1 Ом
Sennheiser PC 350 Xense 101 дБ/мВт SPL 253,9 Ом
Sennheiser HD 600 100,6 дБ/мВт SPL 352,2 Ом
Sennheiser HD 650 100,5 дБ/мВт SPL 344,9 Ом
Sennheiser HD 800 100,1 дБ/мВт SPL 429,4 Ом
Sennheiser HD 800s 101,6 дБ/мВт SPL 442,8 Ом
Среднее значение получилось как 99,6 дБ/мВт. Для 600 Ом это 101.82 дБ/В (Конвертацию можно делать через on-line калькулятор)
Округлим все значения до целых чисел для верхней границы в 600 Ом:
- Минимальный уровень напряжения: 14 dBV
- Чувствительность наушников к 600 Ом: 102 dB/V
Таким образом, для определения верхней границы нам надо лишь определить, при подключении какой нагрузки усилитель не сможет обеспечить 116 дБ SPL при чувствительности наушников в 100 дБ/мВт SPL.
На первый взгляд выглядит верным и утверждение - в каком диапазоне подключаемых сопротивлений усилитель обеспечит мощность в 16 dBm для наушников с чувствительностью 100 дБ/мВт. (16 dBm – это 40 мВт on-line калькулятор).
Но, второй вариант неверен для расчета нижней границы, т.к. мощность по умолчанию рассчитывается для синуса, а не для музыкального сигнала. Для ограничения по напряжению это несущественно, а для тока необходимо вводить дополнительную поправку на +12 дБ и оперировать «музыкальной» мощностью. Эти тонкости будут рассмотрены в отдельном материале.
116 дБ SPL – это много или мало? На деле, если включить музыку и сделать измерения шумомером, то в реальности вместо расчетных 116 дБ SPL среднее значение будет примерно на 20 дБ ниже. Это связано с тем, что музыкальный трек не является непрерывным шумом на максимальной громкости, а состоит из тихих и громких участков с разной энергетической плотностью. Таким образом, эти 20 дБ являются неким «пик-фактором» и при расчетах для звука от музыки вносятся дополнительной поправкой. Если провести более масштабные исследования, нежели проведенные в лаборатории RAA, то это значение скорректируется в большую или меньшую сторону, но в небольших пределах.
Т.е. расчетное значение 116 дБ SPL, но в реальности это будет музыка со средним уровнем звукового давления в 96 дБ SPL.
Примеры определения диапазона сопротивлений наушников
Визуально на графике максимального напряжения на примере новинки звуковой карты Creative Sound BlasterX AE-5 это будет выглядеть так:
Пунктирная линия показывает необходимый уровень напряжения для наушников с чувствительностью 100 дБ/мВт для получения звукового давления в 116 дБ SPL.
По оси X показан диапазон нагрузок, здесь для наглядности примера шкала от 0.001 Ом до 2000 Ом. В общих отчетах шкала показывается в более узком диапазоне от 10 до 1000 Ом.
По оси Y - напряжение на выходе усилителя в dBV.
Т.к. у усилителя внутреннее сопротивление 1.1 Ом, то в области низкоомных нагрузок график полого уходит вниз.
Голубой областью обозначена работа усилителя в эквивалентном классе А (наилучший режим, в котором может работать усилитель звуковой карты AE-5). Зеленый режим показывает область работы в эквивалентном режиме класса АБ. Граница перехода в режим Б и максимальный до клиппирования менее 1 дБ и не виден. Верхняя часть серой зоны показывает возможный уровень напряжения без ограничения по току. Об эквивалентных классах на графике .
Нижняя граница
В левой части низкоомных нагрузок мы наблюдаем три точки пересечений.Серая зона
Пересечение на 0.0007 Ом /-63 дБ(Ом). Какой бы сигнал не воспроизводился, при подключении более низкого сопротивления физически нельзя будет подать напряжении выше необходимого для получения 116 дБ при чувствительности наушников 100 дБ/мВт SPL. Серая зона строится без ограничения по току и в большинстве случаев это означает, что в этой области музыкальны сигнал будет сопровождаться сильными искажениями от клиппирования. Т.е. это тот уровень, где теоретически можно воспроизвести какие-нибудь импульсные сигналы или сфабриковать высокие цифры для мощности в PMPO.Таким образом, по серой зоне ориентироваться нельзя.
Красная/желтая/зеленая зона
У AE-5 эти зоны совпадают.Пересечение: 0.17 Ом /-15дБ(Ом). Эта величина нагрузки, ниже которой будет отчетливо слышен хрип из-за недостатка тока. По сути, именно эта граница должна обозначать минимально разрешенную при подключении наушников.
Но тут есть один нюанс. Так как пересечение происходит в зоне ограничения тока (косой скос графика), то это уже подразумевает, что ручка громкости должна быть установлена не на максимум, а для данного случая на уровень -19 дБ (разница между максимумами серой и зеленой зон).
Т.е. что бы мы услышали музыкальный сигнал без хрипа и явных искажений, на выходе усилителя без нагрузки должно быть установлено напряжение равным как 14.5 dBV -19 дБ = -4.5 dBV.
Если же ручка громкости будет установлена на максим, то на нагрузке в 0.17 Ом у нас будет напряжение -3 dBV, и до 0,7 Вт мощности, а на внутреннем сопротивлении усилителя установится напряжение 13,25 dBV и будет рассеиваться до 4,8 Вт (при подсчете мощности, ток считается с поправкой на -12 дБ в виде из-за плотности музыкального сигнала). Да, возможно реальные числа из-за ограничения тока по питанию будут ниже, но лишь дает вероятность, что может выйти из строя уже участок питания.
Тут вопрос, а достаточно ли мощный резистор на выходе усилителя и не будет ли фатальной проблемой случайное выставление максимального уровня громкости? А если на выходе будет воспроизведена не музыка, а технический сигнал в виде синуса или меандра с большой плотностью и соответственно большей мощностью?
Из-за этого нижнюю границу хотелось бы, но нельзя определять только по громкости на выходе у наушников.
Голубая зона
Пересечение: 0.35 Ом / - 9 дБ(Ом). Это величина нагрузки, при которой сохранится качественный звук для работы усилителя в эквивалентном классе А. Тут уровень громкости должен быть выставлен как -24 дБ от максимального.Итог по нижней границе
При определении нижней границы необходимо учитывать два фактора:- Необходимый уровень громкости при отсутствии искажений
- Возможности усилителя, который не сгорит, если случайно выставить громкость выше необходимого.
Разумным вариантом на сегодняшний день будет делать проверку на условно низкое типичное сопротивление для наушников. На сегодняшний день это будет 8 Ом для редких наушников и 16 Ом для массовых.
Для AE-5 будет вывод, то усилитель поддерживает нагрузку в 8 Ом.
С учетом того, что в RAA минимальной нагрузкой при тестировании является 16 Ом, то при поправке на 12 дБ для музыкального сигнала оценку можно делать по нижней границе до 4 Ом.
Верхняя граница
Верхняя граница пересекается для всех зон на 707 Ом / 57 дБ(Ом). Тут «подводных камней» нет и все довольно просто, 600 Ом усилитель AE-5 поддерживает. Выше 700 Ом кому-то не хватит громкости.Внутриканальные наушники
Возвращаясь к началу, 100 дБ/мВт и 116 дБ было взято для полноразмерных наушников.Внутриканальные наушники из-за своей конструкции с более легкой мембраной обладают более высокой чувствительностью и соответственно под них диапазон должен считаться не для чувствительности в 100 дБ/мВт, а примерно для 109 дБ/мВт.
В противном случае мы получим результат, что подавляющее большинство портативных плееров, смартфонов и планшетов по умолчанию слишком тихие и внутриканальные наушники с сопротивлением в 16 Ом недостаточны. Но на практике обычно внутриканальных наушников по громкости вполне хватает.
Возьмем смартфон Xiaomi Redmi Note 4X, при воспроизведении звука из программного плеера PowerAmp c выводом в Hi-Rez (единственный плеер на сегодняшний момент, способный вывести данные в обход Android 6/7 и тем самым обеспечить наилучшее качество звука в этих ОС).
Если мы будем определять по границе для полноразмерных наушников, то получим, что нижняя граница в 8 Ом укладывается. Но она же и остается верхней границей.
В данном случае это будет абсурдно и том плане, что нижняя граница современных полноразмерных наушников начинается от редких 16 Ом и более распространенных 24 и 32 Ом. 8 Ом обычно встречается лишь среди винтажных наушников, таких как ТДС-7 и множества более древних с бумажными широкополосными динамиками.
Если провести линию для чувствительности 109 дБ/мВт, то видим более адекватную картину. Нижняя граница уверенно укладывается в 8 Ом, а верхняя примерно в 60 Ом.
Субъективно, наушники с сопротивлением в 16 Ом (Sennheiser CX300-II, IE-8) и 32 Ом (Sennheiser CX 980, HiFiMan Re400) c Xiaomi Redmi Note 4X действительно играют с адекватной громкостью и есть небольшой запас по регулировки громкости вверх.
А вот ниже примеры смартфонов, в которых громкости не хватало с Sennheiser IE-8, а было лишь на уровне «не громко».
Таким образом, должно определятся два диапазона для используемых наушников: полноразмерных и внутриканальных. Для каких-то источников этот диапазон станет и как «слишком тихий для всех типовых наушников». Данная характеристика вошла в «простые» отчеты усилителей в базе RAA.
Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта
Что означает сопротивление наушников и как оно влияет на звук 15:31, 8.02.2015 | Разное |
Данная статья будет посвящена разбору полетов широкого ассортимента наушников и одному из главных показателей — их импедансу. 16, 32 или 320 Ом — какое сопротивление выбрать и на что оно влияет?
Встретить на улице человека с наушниками можно повсеместно. Кто-то привык к компактным вкладышам или наушникам вставного типа. Для кого-то эталоном хорошего звука стали стильные накладные наушники. Есть и те, для кого качество — определяющий фактор: на голове таких меломанов вы можете наблюдать мониторы. Несмотря на такое разнообразие моделей, едва ли найдутся слушатели, знакомые с такими характеристиками, как: импеданс, сопротивление, выходная мощность. А если слова и кажутся знакомыми, то связать все эти термины воедино выйдет далеко не у многих.
Тайна цифр Представим, что вы решились на приобретение новой модели наушников. Вопрос бюджета отставим в сторону, поскольку толщина кошелька у каждого покупателя своя. Сразу же обратим внимание на характеристики.
Внимательный покупатель наверняка обращал внимание на ряд непонятных физических характеристик, нанесенных на красивую коробку. Ниже приведена фотография с вырезками трех различных моделей наушников известных брендов:
На что обратить внимание при покупке? Итак, перед нами три модели с различными характеристиками:
Характеристики модели А: Frequency Response — Диапазон воспроизводимых частот: 10 Hz — 20 kHz; Impedance — Сопротивление: 22 OHM; SPL — Уровень громкости: 111 dB (+/- 3 dB);
Характеристики модели B: Frequency Response — Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz — 40 kHz; Impedance — Сопротивления: 58 OHM; SPL — Уровень громкости: 102 dB (+/- 3 dB);
Характеристики модели C: Frequency Response — Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz — 35 kHz; Impedance — Сопротивления: 250 OHM; SPL — Уровень громкости: 96 dB (+/- 3 dB);
Частотный диапазон. Все три модели имеют абсолютно различные числовые характеристики. Наша же задача: определить, какие наушники будут чувствовать себя комфортнее с портативным плеером или смартфоном. Самый широкий диапазон воспроизводимых частот у модели B: от 5 Гц до 40 кГц (при том, что человеческое ухо воспринимает диапазон всего от 16 до 20 000 Гц). Таким образом, частотный диапазон всех трех моделей устроит любого, даже самого взыскательного слушателя. При выборе наушников средней ценовой категории этот параметр не является определяющим, а носит скорее маркетинговый характер.
Сопротивление. Вот тут то мы и дошли до самого интересного: все три модели кардинально отличаются друг от друга. Давайте разберемся, на что же влияет показатель импеданса и какое оптимальное значение сопротивления для использования в паре со смартфоном?
Все наушники разделяются на две категории: низкоомные и высокоомные, причем градация этого деления напрямую зависит от их типа. Так, полноразмерные наушники, с импедансом до 100 Ом считаются низкоомными; выше 100 Ом — высокоомными. Наушники внутриканального типа («затычки» или вкладыши) с показателем сопротивления до 32 Ом — низкоомные; выше 32 ОМ — высокоомные.
В акустическом мире полноразмерных колонок и динамиков все просто: есть колонка на 30 Ватт с сопротивлением в 8 Ом. Подключаем к левому и правому каналу соответствующий 8-омный усилитель и наслаждаемся громким звуком. Ситуация с наушниками намного сложнее и запутаннее. Только в приведенном выше примере мы столкнулись с тремя сопротивлениями:
модель A — 22 Ома; модель B — 32 Ома; модель С — 250 Ом. На вопрос: какие наушники лучше всего подойдут к смартфону, рядовой покупатель уверенно ответит, что лучшая модель — модель с минимальным сопротивлением. «Низкоомные наушники, в связке со смартфоном, будут звучать громче, а для высокоомных нужен отдельный мощный усилитель», — вот общепринятое утверждение продавца-консультанта среднестатистического магазина электроники. «Садитесь, пока что двоечка», — сказал бы мой школьный преподаватель по физике и вот почему.
В тот момент, когда вы увеличиваете громкость воспроизведения музыки, на выходном сигнале меняется не уровень мощности, а напряжение. И лишь напряжение напрямую влияет на мощность. Для этого из школьного курса физики достаточно вспомнить две простых формулы закона Ома:
Таким образом, для определения того, какие же наушники будут играть ГРОМЧЕ, а громкости каких в условиях использования исключительно смартфона будет недостаточно, следует обращать внимание не только на показатель сопротивления самих наушников, но и на максимальный уровень напряжения, которое выдает порт миниджек вашего смартфона или плеера. С этим показателем практически все производители электроники не спешат нас знакомить. Узнать четкий вольтаж на выходе миниджека можно, как правило, только по схемам устройства, найти которые нелегко.
Сопоставлять две разных модели по громкости следует не по уровню мощности, а по уровню потребляемого напряжения. Чувствительность наушников с меньшим сопротивлением больше, чем у высокоомной модели. Но как это отражается на времени автономной работы смартфона?
Наушники и iPhone Модель А, с сопротивлением в 22 Ома будет действительно звучать громче, но вместе с этим и потреблять больше тока. Как следствие, 58-омная модель В позволит воспроизводить смартфону музыку дольше, как минимум на четверть. Представленные же на рынке смартфоны, имеют максимальное выходное напряжение не более 150 — 200 мВ, чего недостаточно для раскачки наушников с сопротивлением более 100 Ом.
Если же полученная на высокоомных наушниках громкость вполне устраивает, вас ждет приятный бонус — значительное снижение энергопотребления аккумулятора.
Теперь откроем лица моделей, рассмотренных в данной статье. Вот имена всех трех моделей:
Самым «правильным» вариантом наушников для использования в связке с iPhone — низкоомная модель Bowers&Wilkins P7. Это действительно самая громкая из рассмотренных моделей со стандартным диапазоном звуковых частот.
Следующая модель Audio-Technica ATH-CKR10 имеет хороший диапазон воспроизведения и немалое сопротивление в 58 Ом. Учитывая то, что наушники представляют категорию вкладышей, они обеспечивают хороший уровень звукоизоляции, и выходного напряжения смартфона будет достаточно для достижения оптимальной громкости.
Наконец, модель наушников-мониторов Beyerdynamic DR 990 Pro — немецкий эталон в сфере профессионального мастеринга. Качеству звучания этих наушников позавидует любой дорогостоящий конкурент, но высокий уровень сопротивления в 250 Ом делает их использование с iPhone невозможным. Для DR 990 Pro и наушников этой категории требуется отдельный усилитель или аудио-плеер с мощной звуковой картой.
Идущие в комплекте с iPhone наушники EarPod, могут похвастать такими характеристиками:
Сопротивление: 23 OHMSЧувствительность: 109 DBЧастотный диапазон: от 5 Hz до 21 kHz.
Сам производитель дает четкий ответ: использовать высокоомные наушники с iPhone без дополнительных аксессуаров нецелесообразно.
Варианты получения хорошего портативного звука Если же идея получения качественного звука со смартфона вас по-прежнему не покидает, готовьтесь потратить свои кровные на приобретение внешнего портативного усилителя.
Высокоомные наушники действительно звучат лучше своих низкоомных собратьев и вот по какой причине. За счет высокого уровня сопротивления наушников, усилитель отдает меньше тока (при более высоком напряжении), а это предотвращает волновые искажения на его каскаде. Более того, наушники с большим сопротивлением имеют имеют более равномерные амплитудно-частотные характеристики (следствие увеличенного количества витков на магнитной подушке динамика), а при условии низкого сопротивления и со стороны усилителя, АЧХ могут оставаться практически неизменными.
Еще одной альтернативой получения качественного звука является использование так называемых однодрайверных арматурных наушников.
Внешне они ничем не отличаются от традиционных вкладышей, но имеют поднятый диапазон средних и высоких частот, что обеспечивает «чистое и прозрачное» звучание.
Наконец, раз и навсегда решить проблему терзаний перед выбором наушников может покупка плеера с высоким уровнем выходного напряжения.
В отличие от смартфонов и недорогих плееров, в Hidisz установлен мощный предусилитель. Преимущество на лицо: 2,2 В против 100–150 мВ у смартфона. Использование подобных плееров открывает перед меломалом широкий ассортимент высокоомных наушников с настоящим качественным звучанием.
Перед покупкой любых наушников, а особенно высокоомных моделей, обязательно определите максимально возможный уровень громкости, проигрывая музыку на том устройстве, с которым планируете дальнейшую эксплуатацию. Акцентируя внимания на числовых характеристиках наушников, не забывайте, что слух и любая аудиоаппаратура — вещи строго индивидуальные. Наушники с, казалось бы, средними значениями сопротивления и частотного диапазона, зачастую могут дать фору самым технологически совершенным экземплярам.
Ещё интересное: Доступ к бета-версии iWork для iCloud ограниченРабота с документами iWork прямо в веб-браузере стала одним из… AT&T принялась за разлочку iPhoneВсё верно. Впервые за всю историю iPhone, крупнейший американский оператор… Apple ответила на вопросы о приватности iAdApple внесла несколько изменений в свою политику конфиденциальности в конце… Дмитрий Бардаш, 15:31 Будь первым
наушники и колонки