Низкоомные наушники. Что означает сопротивление наушников и как оно влияет на звук08.02.2015

После интервью наибольшее количество вопросов было связано характеристикой сопротивления наушников. Рассмотрим, на что влияет характеристика и с чем ее едят. Для лучшего усвоения материала мы будем последовательно выпускать материалы, собирать вопросы и комментарии и двигаться дальше.

Прежде чем разобрать, на что и как влияет сопротивление наушников, разберемся, что это за заморская птица такая. И готовимся к тому, что здесь будут аж две формулы из стандартного школьного курса физики. Т.е. материал сложный и тяжелый.

Сопротивление наушников часто называют как импеданс или полным сопротивлением наушников .

С точки зрения терминов, где под сопротивлением подразумевается только активная (резистивная) часть, под импедансом (полным сопротивлением) подразумевается совокупность активного и реактивного сопротивления. Вспоминая школьный курс физики, мы знаем, что к реактивному сопротивлению относится емкость и индуктивность.

Конечное сопротивление наушников зависит от того, на какой частоте измерено сопротивление. На коробках часто приводят только активное сопротивление или изредка значение, полученное на частоте 1 кГц. К сожалению, редко указывают сопроводительные параметры и можно только гадать, какое значение импеданса у наушников на самом деле.

Если речь идет о динамических наушниках, то значения в виде 16, 24, 32 Ом и т.п. означают сопротивление лишь катушки индуктивности динамика и не учитывают сопротивление провода, пайки контактов и штекера. В реальности сопротивление наушников обычно на 1-3 Ом выше и немного различается между правым и левым каналом. Наиболее добросовестные производители честно указывают, что точность указанного сопротивления составляет 20 или 30% и это нормально (бурно возражает на это только маркетолог, никакие погрешности на коробке приводить нельзя – «правда» убивает продажи).

Низкоомные и высокоомные наушники

Наушники принято делить на низкоомные и высокоомные. Для внутриканальных и полноразмерных наушников граница разделения разная.

Для полноразмерных: никзкоомные наушники обладают сопротивление менее 100 Ом, а высокоомные выше 100 Ом.

Для внутриканальных: низкоомные не выше 32 Ом, выше 32 Ом – высокоомные.

Какой вид импеданса у разных наушников?

Внутриканальные наушники

Большинство внутриканальных динамических наушников обладают ровной кривой импеданса и значение в 16, 24 или 32 Ом не имеют отклонений для частот от 20 до 20 кГц.

На графике по горизонтали указаны частоты, от 20 Гц до 20 кГц. По вертикали – сопротивление (в логарифмическом масштабе).

Полноразмерные динамические наушники

У полноразмерных динамических наушников довольно часто можно встретить неравномерную кривую импеданса, с локальным подъемов в области низких частот и небольшим подъемом в области высоких частот.

Сопротивление может быть равно 32 Ом без учета реактивной части (условно, это 0 Гц, измеряется любым универсальным мультиметром), но на практике может быть вдвое выше на определенных частотах.

Неравномерность (подъемы) могут указывать как на резонансы, так и на конструктивные особенности излучателя в данном корпусе наушников. Так, при измерении сопротивления, частота и величина подъема может сильно меняться от того, лежат наушники свободно на столе, или одеты на манекен (в этом случае внутреннее пространство наушников задемпфировано).

У некоторых динамических наушников нет заметных резонансов или отклонений. Такая линия условна идеальна, но подбирать наушники таким путем не рекомендуется. В погоне за улучшением одной характеристики, приходится жертвовать другой.
Среди наушников топ-класса можно встретить кривые импеданса как с минимальными отклонениями, так и со значительными. Если у наушников виден узкополосной подъем (на графике выше это Grado GS1000), то усилитель стоит подбирать с низким выходным сопротивлением для лучшего контроля низких частот (как к слову сделано у фирменного усилителя Grado RA1).

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Помимо динамических излучателей широкое распространение сейчас получает изодинамический тип излучателя (и его схожий тип - ортодинамический). У таких наушников всегда прямая линия импеданса. Изодинамические наушники сейчас выпускают: Abyss , Audez"e , HiFiMan, Oppo, Fostex. В советское время были наушники ТДС-5/м, ТДС-7, ТДС-15, ТДС-16 и ТДС-25. Сегодня для моделей ТДС-7 и ТДС-15 чаще всего делают моддинг.

Формально, это идеальная нагрузка для усилителя, однако в области ультравысоких частот (мегагерцы и гигагерцы) у некоторых моделей сопротивление снижается и стремится к нулю. Такое коварство на стандартном графике не увидеть и с некоторыми усилителями это может привести к некачественному режиму работы.

Внутриканальные арматурные наушники

Едва предсказуемо выглядит импеданс у внутриканальных наушников с арматурным излучателем . Для однодрайверных моделей есть общая черта - всегда существует локальный подъем в области верхних средних частот (в районе 1-3 кГц) и в области самых высоких частот. Благодаря подъему в области высоких частот, большинство однодрайверных арматурных моделей «звучат чисто» в области высоких частот, т.к. в этой области частот усилитель дает меньше искажений.

В низкочастотной области обычно типовое сопротивление в виде 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц начинаются подъемы.
В случае, если указано сопротивление в 100 Ом на 1 кГц – то это не означает, что наушники высокоомные, их сопротивление может быть и всего 16 Ом по показаниям мультиметра (в области низких частот).

Гибридные и многодрайверные наушники

Нельзя предугадать кривую импеданса для многодрайверных и гибридных внутриканальных наушников . Кривая импеданса может быть какой угодно выше 500 Гц. Просадка сопротивления может спокойно доходить до 4 Ом при заявленных 100 Ом на 1 кГц.

Общие выводы

• Сопротивление в реальности будет как на коробке , если наушники: Внутриканальные динамические или изодинамические
• Сопротивление в реальности будет как на коробке и обладать неизвестными подъемами , если наушники: Динамические накладные и полноразмерные
• Сопротивление в реальности НЕ будет как на коробке , если наушники: арматурные или гибридные

Зачем собственно это все знать? Иногда производители усилителей и плееров указывают, какое сопротивление наушников будет совместимо и на эту информацию полезно ориентироваться.

Если надо узнать реальное сопротивление у арматурных или гибридных наушников, то можно попробовать поискать результаты измерений в интернет. Методы измерения импеданса обычно дают единый результат и не зависят от ПО со стендом или измерительного комплекса.

На что влияет импеданс наушников?

Чувствительность наушников

Чувствительность наушников обычно приводится к мощности, что учитывает сразу две характеристики: подаваемое на наушники напряжение и ток. Это удобная конечная характеристика для теоретиков и крайне запутанная для практического применения конечными потребителями.
Для обычного потребителя логично представлять, что «чувствительность = громкость». С колонками это работает, т.к. всегда значение указывается сопротивлением колонки в виде 4 или 8 Ом, и аналогично указывается мощность усилителя. Запутаться сложно.

Но если для колонок всего два типовых сопротивлений в 4 и 8 Ом и у каждого усилителя приводится мощность под два типа сопротивления, то у наушников порядка 11 сопротивлений: 8,16,24,32,64,128,256,320, 608 и т.п.

В итоге потребитель берет в руки наушники с разным сопротивлением и наивно полагает, что по чувствительности он может что-то сравнить.

Чтобы связь «чувствительность = громкость» была применима к наушникам, чувствительность необходимо выражать к напряжению, а не мощности (как это делает Sennheiser). Но большинство производителей вообще не указывают , в каких единицах чувствительность приводится.

Именно по этому «все знают» - что высокоомные наушники тихие, а низкоомные наушники - громкие. И наивно полагают, что для высоомных наушников нужен «мощный усилитель», а для низкоомных наушников хватит и вшивого смартфона. И хотя на деле все совсем не так, из-за крайне неудачных терминов из стандартов ГОСТ и AES сформировались отдельные «понятия», противоречащие законам физики, но на простонародном языке достаточно точно описывающими результат, вроде: «Для высокоомных наушников нужен мощный усилитель». Физически безграмотно, зато «всё всем понятно».

Затронем эту тему глубже (осторожно, переходим к формулам из школы, начинаем напрягать мозг !)

На выходе усилителя мы напрямую регулируем вовсе не мощность, а лишь уровень напряжения. В зависимости от сопротивления наушников получается уровень тока, потребляемый наушниками, что в свою очередь определяет итоговый уровень мощности.

Это очень важно понимать, т.к. не изменяя уровень напряжения на выходе усилителя, мы никак физически не можем отдельно увеличить уровень тока и тем самым увеличить уровень мощности.

U=I*R , где

I – сила тока, А
R – сопротивление наушников, Ом

W=I*U , где
W – мощность на выходе усилителя, Вт
U – напряжение на выходе усилителя, В
I – сила тока, А

З начение данных указанных производителем на упаковке с наушниками как правило обычному потребителю не о чем не скажет, поэтому многие продавцы-консультанты пользуясь неосведомленностью покупателя с легкостью, «навешав лапшу», сплавливают залежавшийся товар. Чтобы этого не произошло с вами, в основных технических параметрах наушников и их значении следует научиться разбираться самостоятельно.

Характеристики частот без указания коэффициента гармонических искажений ничего не стоят, а ровный график АЧХ отнюдь не гарантирует высокую детальность звука.

Диапазон частот в наушниках и его значение.

Принято считать, что чем выше границы частотного диапазона, тем лучше качество звука. Но как мы знаем из учебника биологии — человек способен различать звук в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Тогда зачем производители различных аудиоустройств выпускают товары с частотами превышаемые слышимую область слухового аппарата человека в два-три и более раз выше.

Если в характеристиках частот понравившейся модели наушников вы видите значения превосходящие пределы слышимой области, скорее это плюс чем минус. Такие динамики способны работать не только в узком граничном режиме, но и имеют дополнительный потенциал, для более точной, без искажений передачи слышимых частот.

Размер динамиков и мощность наушников.

Диаметр динамика — это только его размер и не более того, но почему-то многие покупатели осознано или подсознательно убеждены во взаимосвязи величины драйвера (он же динамик) и качества звучания акустики.

Характеристика размер динамика лишена смысла, по сути это маркетинговая уловка рассчитанная на стереотип непросвещенного покупателя.

Мощность акустики — имеет значение при выборе. Этот параметр сообщает нам о выходной мощности динамиков и влияет на их громкость. Чем выше значение мощности наушников, тем звук «сочнее, ярче», басы больше, интерпретация точнее.

Наушники высокой мощности от 2000 мВТ и выше намного быстрее разрядят батарею вашего портативного устройства. Если мощность источника звука превысит максимально допустимую для наушников, они могут выйти из строя. Учитывайте эти нюансы при выборе.

На что влияет чувствительность наушников?

Отвечу коротко — параметр чувствительность отвечает за громкость звука. При одинаковой мощности наушников, громче будут звучать те, чей показатель чувствительности выше. Ориентируйтесь на показатель чувствительности от 90 дБ и выше, такие устройства можно считать хорошими.

Что значит сопротивление в наушниках?

На что влияет сопротивление или что такое импеданс в наушниках? Данный технический параметр означает следующее: чем больше сопротивление (импеданс)
наушников, тем более мощный должен быть входящий сигнал, чтобы раскачать мембрану.

Таким образом для плееров и других портативных гаджетов приемлемое сопротивление наушников составляет 16-50 Ом. Более мощным наушникам с импедансом от 250 Ом потребуется источник звука мощнее обычного плеера, конечно они будут работать и от стандартного плеера, но мощного звука вы не получите.

Существует следующая закономерность, чем выше сопротивление, тем четче и чище звук. Поэтому низкоомные наушники могут передавать звук с искажением, а высокоомные не достаточно громко при невысокой мощности источника исходящего сигнала.

Хорошим выбором для портативного плеера и компьютера станут наушники с импедансом 32-80 Ом. Для более профессиональной работы в студии и т.п, сопротивление наушников может быть от 200 Ом и выше с использованием усилителей звука.

При выборе наушников, например для плеера учитывайте его мощность, на наушники с каким сопротивлением он рассчитан. Обычно портативные гаджеты предназначены для работы с низкоомными головными мониторами с сопротивлением в 32 Ом.

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика наушников.

АЧХ — один из наглядных способов представления звучания головных мониторов в виде графика. Как правило это кривая на которой можно увидеть как передают частоты те или иные наушники. Чем меньше на графике резких изгибов и чем дальше проходит данная линия тем точнее мониторы передают исходный аудиоматериал. Любители басов по графику АЧХ могут понять подходят им эти наушники или нет, на графике в районе низких частот должен быть «горб». Чем выше простирается график, тем звук наушников громче.

Ровная линия АЧХ не гарантирует высокого качества звучания. Это дает нам основание полагать, что звук в наушниках сбалансирован, другими словами низкие частоты не заваливаются и не выпирают, слух не режут.

Коэффициент нелинейных (гармонических) искажений.

В западной литературе обычно пользуются КГИ — коэффициент гармонических искажений, тогда как в отечественной литературе традиционно предпочитают КНИ — коэффициент нелинейных искажений. Это пожалуй единственный параметр по которому можно судить о качестве звука. Если вы стремитесь получить высокое качество звучание наушников, выбирайте модели с коэффициентом гармонических искажений менее 0,5%. Головные мониторы с показателем более 1% можно считать посредственными.

Очень часто вы не найдете данного показателя не на упаковке не на официальном сайте некоторых производителей, возможно производителю есть что скрывать, это повод задуматься. Так например широко разрекламированные наушники популярной среди молодежи модели Beats by Dr. Dre Studio имеет коэффициент гармонических искажений 1,5% на частоте 1кГц.

Если вы нашли данную характеристику в описании понравившейся вам модели, обратите внимание на то для какой частоты указан данный показатель. Дело в том, что коэффициент гармонических искажений не постоянен по всему спектру частот. Ввиду того, что человеческое ухо менее разборчиво слышит область низких частот, в низко частотном диапазоне допустимы гармонические искажения до 10%, а вот в области частот от 100 Гц до 2кГц - не более 1 %.

Лучшие производители наушников

Теперь вы знаете значение характеристик наушников и вряд ли купите «кота в мешке», но всё же я советую выбирать головные мониторы известных брендов, проверенных временем и зарекомендовавших себя с хорошей стороны.

Вот несколько надежных фирм: AKG, Beyerdynamics, Sennheiser, Audio-Technica, Grado, KOSS, Sony, Fostex, Denon, Bose, Shure. В модельном ряде данных производителей десятки моделей наушников, но как ни крути все они изготовлены по похожим технологиям, поэтому и их акценты очень схожи.

Любителям классического рока стоит присмотреться к моделям фирмы KOSS, они обладают ярко выраженным басом. Головные мониторы под брендом AKG славятся «красотой» — детальностью высоких частот. Наушники немецкой фирмы Sennheizer обычно имеют относительно ровную АЧХ, что свидетельствует о хорошей сбалансированности без заваливания и выпирания частот.

Что означают буквы в названии наушников?

Буквенный префикс в наименовании головных мониторов указывает на конструктивные особенности и некоторые технические детали модели.
Вот пример умной маркировки наушников фирмы Sennheiser:

• CX, а также серия IE - внутриканальные наушники;
• MX - вставные наушники;
• HD - классические с оголовьем;
• RS - беспроводные, в комплекте база и наушники;
• HDR - дополнительная пара беспроводных наушников;
• OMX - вставные с креплением типа «крюк»;
• OCX - внутриканальные с креплением типа «крюк»;
• PMX - накладные или вставные с затылочной дугой;
• PXC - линейка наушников с системой активного шумоподавления;
• PC - компьютерные гарнитуры;
• HME - модели гарнитур, предназначенные для пилотов и экипажей самолетов и вертолетов.

Если в конце названия модели вы встретите индекс «i», то перед вами наушники способные работать с гаджетами Apple.

Итоговые значения главных технических характеристик головных мониторов должны быть следующие.

1. Размер динамиков не имеет никакого значения с технической точки зрения.
2. Мощность акустики — Чем выше значение мощности, тем «ярче» звук, басы выше, интерпретация точнее.
3. Чувствительность — от 90 дБ и выше, можно назвать хорошими.
4. Сопротивление (импеданс) — для портативного плеера, и компьютера выбирайте головные мониторы с импедансом 32-80 Ом. Для студийной работы от 200 Ом и выше.
5. Коэффициент гармонических искажений — высокое качество звучание обеспечат модели с коэффициентом гармонических искажений менее 0,5%. Головные мониторы с показателем более 1% можно считать посредственными.

Хорошего вам дня и удачи в выборе наушников!

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.

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

Рекомендуемый уровень звукового давления получается как: 14 dBV +102 dB/V SPL = 116 дБ SPL

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.

Первый вариант можно протестировать и определить, второй чреват выходом из строя усилителя при тестировании.

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

 

Импеданс наушников - это их сопротивление при входе. От него зависят многие технические и эксплуатационные их характеристики.

Если импеданс в наушниках низкий (25 Ом и менее), то они требуют меньшего количества энергии для обеспечения звучания высокого качества. Такие наушники хорошо подходят для использования с такими приборами, как музыкальные плееры, мобильные телефоны и другие портативные устройства.

А если импеданс наушников составляет более 25 Ом, то они требуют больше энергии для высокого уровня звучания. Такое сопротивление защищает их от возможных повреждений, вызываемых перегрузками. Подобные наушники можно использовать с широким спектром аудиотехнических устройств. Например, к ним относятся используемые для dj-инга модели, номинальное сопротивление которых составляет около 25-70 Ом.

Если импеданс наушников низкий, они становятся более восприимчивыми к повреждениям при использовании более мощных усилителей. Если вы, к примеру, подключите наушники с низким сопротивлением к dj-ской установке и будете использовать ее на полную мощность, вы их, вероятно, взорвете.

Итак, каков же оптимальный импеданс? Наушники, которые будут использоваться для прослушавания аудио с портативного плеера или ноутбука, в идеале должны иметь сопротивление около 16-20 Ом и чувствительность не менее 100 дБ/мВт. Если же ваш девайс соответствует европейским стандартам максимального объема, лучше всего выбрать наушники с сопротивлением 16 Ом, так как в таких устройствах максимальная мощность еще меньше, чем в остальных.

Важно учитывать импеданс наушников, так как всем моделям приходится работать с различными объемами электрической энергии и сопротивлениями. Каждая модель наушников специально рассчитывается и калибруется для соответствия конкретным объемам нагрузок. Это не только обеспечивает безопасность использования техники, но и продлевает ее жизненный срок.

Раньше, в 60-80 годы, зачастую применялся высоких импеданс наушников, так как выходная энергия устройств того времени была крайне высока. После начали применяться резисторы, понижающие выходное напряжение. В 1996 году был установлен стандарт на сопротивление наушников - 120 Ом. Это оказало значительное влияние на производство и разработку моделей с высоким импедансом, но в то же время тормозило дальнейшее развитие в других направлениях. В 2009 году началась массовая продажа плееров iPod, в результате чего аппаратура с низким сопротивлением обрела высокую популярность. Поэтому развитие наушников с низким импедансом получило новый толчок.

Итак, импеданс - одна из, пусть не самых, но все-таки важных характеристик наушников. Подбираемая вами модель должна соответствовать аудиотехнике, используемой вами, для достижения максимального качества звука и обеспечения стабильной нормальной работы. Поэтому следует обращать внимание на импеданс при покупке наушников и подбирать наиболее подходящую модель во избежание быстрого изнашивания и ухудшения качества работы.