программно-аппаратный комплекс для тестов, анализа и генерации отчетов измерений аудиооборудования
 главная | новости | on-line калькуляторы | on-line подбор по параметрам | отчеты измерений | F.A.Q. | форум | О RAA

F.A.Q. / Наушники и усилители - взаимодействие

Таблица анализа и рекомендаций совместимости усилителя с наушниками

О таблице совместимости и рекомендаций

Для тех, кто еще не разбирается в графиках или хочет увидеть краткий анализ на «простом языке» в RAA был разработан алгоритм расчета совместимости источников и наушников. Эта таблица - первый шаг к созданию упрощенного отчета, разделяя отчет для простого пользователя и отчет для профессионала.

Такой алгоритм стал возможен за счет: От идеи таблицы «а раскачает ли мой Hi-Fi плеер мои наушники» до конечной реализации ушло примерно три года. И постепенно алгоритм совершенствуется под современные продукты.

В общей таблице представлены наиболее часто распространенные варианты наушников и области применения. Рейтинг совместимости аналогичен анализу автомобиля по его клиренсу – по какой дороге автомобиль будет оптимально ехать без оценки класса автомобиля. На гоночном болиде формулы 1 сложно доехать до дачи по грунтовой дороге, и на гусеничном дорогом вездеходе глупо ехать по скоростной магистрали.

Таблица позволяет оценить наиболее полное раскрытие потенциала усилителя при использовании в связке наушников аналогичного класса, но с разными параметрами чувствительности и сопротивления.
Анализ и рекомендации для Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp на основе измеренных характеристик
Наушники Места использования наушников Напряжение без нагрузки максимальное? / в экв. классе А?, dBV Ток в экв. классе А?, дБ(мА) Необходимость шумоизоляции Итог
-4.75 /-4.75 9.17
внутриканальные или вставные
Чувствительность: 126 дБ/В SPL
Импеданс: 16
Тип акустического оформления:: Закрытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 5
★★★★★
5
★★★★★
1
★☆☆☆☆
3.7
★★★☆☆
Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников 5
★★★★★
5
★★★★★
5
★★★★★
5.0
★★★★★
Улица с активным движением транспорта 5
★★★★★
5
★★★★★
1
★☆☆☆☆
3.7
★★★☆☆
Метро, Пассажирский транспорт 5
★★★★★
4
★★★★☆
5
★★★★★
4.3
★★★★☆
внутриканальные или вставные
Чувствительность: 120 дБ/В SPL
Импеданс: 32
Тип акустического оформления:: Открытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 5
★★★★★
5
★★★★★
5
★★★★★
5.0
★★★★★
Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников 5
★★★★★
5
★★★★★
1
★☆☆☆☆
3.7
★★★☆☆
Улица с активным движением транспорта 4
★★★★☆
4
★★★★☆
5
★★★★★
4.3
★★★★☆
Метро, Пассажирский транспорт 3
★★★☆☆
3
★★★☆☆
1
★☆☆☆☆
2.3
★★☆☆☆
полноразмерные низкоомные
Чувствительность: 115 дБ/В SPL
Импеданс: 32
Тип акустического оформления:: Закрытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 5
★★★★★
5
★★★★★
1
★☆☆☆☆
3.7
★★★☆☆
Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников 5
★★★★★
5
★★★★★
5
★★★★★
5.0
★★★★★
Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников 5
★★★★★
4
★★★★☆
1
★☆☆☆☆
3.0
★★★☆☆
Метро, Пассажирский транспорт 4
★★★★☆
3
★★★☆☆
5
★★★★★
3.7
★★★☆☆
полноразмерные низкоомные
Чувствительность: 115 дБ/В SPL
Импеданс: 32
Тип акустического оформления:: Открытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 5
★★★★★
4
★★★★☆
5
★★★★★
4.3
★★★★☆
Улица с активным движением транспорта 4
★★★★☆
3
★★★☆☆
5
★★★★★
3.7
★★★☆☆
Метро, Пассажирский транспорт 3
★★★☆☆
2
★★☆☆☆
1
★☆☆☆☆
1.7
★☆☆☆☆
полноразмерные высокоомные
Чувствительность: 105 дБ/В SPL
Импеданс: 300
Тип акустического оформления:: Открытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 3
★★★☆☆
5
★★★★★
5
★★★★★
3.7
★★★☆☆
Улица с активным движением транспорта 2
★★☆☆☆
4
★★★★☆
5
★★★★★
3.0
★★★☆☆
полноразмерные низкочувствительные
Чувствительность: 95 дБ/В SPL
Импеданс: 60
Тип акустического оформления:: Открытый
Примеры ±6 дБ
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 1
★☆☆☆☆
1
★☆☆☆☆
5
★★★★★
2.3
★★☆☆☆

Ниже пример для смартфона Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp (при воспроизведении в плеере PowerAmp с прямым выводом данных) с мощностным характеристиками для эквивалентного класса А: в условиях высокого окружающего шума и необходимой шумоизоляции (например в шумном транспорте).

Оптимальная громкость

Связка из наушников и источника является идеальной, если возможно получить оптимальную громкость для прослушивания музыки.

Параметры чувствительности наушников и мощность усилителя выражаются не к музыкальному сигналу, а к синусу, что дает искаженную картину, когда мы рассчитываем звуковое давление для музыки по мощности усилителя и чувствительности наушников.

Мы выставили комфортную громкость и после определили, с каким уровнем это соотносится для характеристик наушников и усилителей. При фиксируемых значениях шумомера в среднем в 85-90 дБ SPL получился эквивалент 110 дБ SPL, если суммировать выставленное напряжение на выходе усилителя с чувствительностью наушников.

Расчет оптимальной громкости с учетом дополнительных условий

Оптимальный уровень громкости мы определили для идеальных условий, когда нет внешнего шума. В реальности же обстановка бывает разной и под каждую конкретную ситуацию вносится поправка.

Если наушники с шумоизоляцией, то уровень уменьшается на 6 дБ, а при частичной шумоизоляции на 3 дБ.

Окружающая обстановка оценивается коэффициентом от 0 до 2. Далее прибавляется к оптимальному уровню через умножение коэф. на 6 дБ.

Optimal = SPLOptimal + Environment•6 - Noise cancellation

где
  • SPLOptimal = оптимальный исходный уровень 110 дБ SPL
  • Environment – коэффициент шумности обстановки
  • Noise cancellation – поправка шумоизоляции наушников
Например для наушников Sennheiser CX 300-II с шумоизоляцией (закрытого типа) в шумной обстановке в виде метро оптимальный уровень громкости будет:

Optimal = 110 дБ SPL + 2•6 дБ –6 дБ = 116 дБ SPL

Чувствительность наушников и максимальный уровень напряжения усилителя

Получив значение оптимального уровня, определяем необходимые мощностные характеристики источника под оптимальный уровень:
VOptimal = Optimal - Sensitivity
где,
  • Sensitivity - чувствительность наушников к напряжению
  • Optimal - оптимальный уровень
Мы определили уровень напряжения, необходимый для выбранных наушников и выбранного уровня громкости.

Далее рассчитываем три значения напряжения.
Для наушников Sennheiser CX 300-II с чувствительностью 130.6 dB/V SPL:
VOptimal = 116 - 130.556862569934 = -14.6 dBV


Максимальный уровень без класса А и ограничения по току

Это максимальный уровень напряжения под вбранную нагрузку. В каких-то случаях именно при таком напряжении у усилителя будет максимальное соотношение синал/шум или это максимаьное положение регулятора громкости. Это напряжение не учитывает ограничение по току, а только ограничение по напряжению. Т.е. вышего этого уровня нельзя получить более высокое напряжение на выходе при сигнале любой энегетической плотности.

Основная суть формулы в том, что при подключении нагрузки в зависимости от величины внутреннего сопротивления усилителя уровень напряжения на выходе уменьшится.

Т.к. исходные данные в децибеллах "dBV" и "dB(mA)", то ф формулах используется дополнительные перобразования в V и mA и наоборот.

VMax R =20•Log10(10 VMax/20•RHP/(RAMP + RHP))
где,
  • VMax - Максимальное напряжение без нагрузки до начала перегрузки или максимально возможное при выставлении герулятора громкости на максимум
  • RAMP - сопротивление усилителя
  • RHP - сопротивление наушников
Для наушников Sennheiser CX 300-II с сопроивлением 16.2 Ом и Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp с максимальным уровнем напряжения -4.8 dBV и внутренним сопротивлением 0.7 Ом.

VMax R = 20•Log10(10-4.8/20•16.2/(0.7 + 16.2)) = -5.1 dBV

Минимальный уровень без класса А

При понижении громкости на выходе мы сталкиваемся с разными проблемами. Если регулировка цифровая в ЦАП, то сигнал шум уменьшается ровно на ту же величину, что и снизили через регулировку громкости, т.к. полезный уровень сигнала уменьшился, а фоновый шум осталься на том же уровне. Если регулировка через аналогвы регулятор, то соотношение сигнал шум может сохранится или снизится не так сильно, но у большинства регуляторов в области низких значений наблюдается дисбаланс панорамы (неодинаково уменьшаются уровни правого и левого канала) или регулировка затруднена. Например при использовании дискретных регуляторов может быть большой шаг при регулировке. Для общего случая диапазон регулировки от максимум выбран как 36 дБ.

VMin R = VMax R - Range
где,
  • VMax R - Максимальное напряжение без нагрузки до начала перегрузки или максимально возможное при выставлении рег улятора громкости на максимум
  • Range - диапазон оптимальной регулировки громкости
Для Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp:

VMin R = -5.1 - 36 = -41.1 dBV

Максимальный уровень в эквивалентном классе А

Это максимальный уровень в максимально качественном редиме для выбранного усилителя. Максимальный уровень расчитывается по напряжению и току.

По напряжению:
VClass A R = 20•Log10(10 VClass A/20•RHP/(RAMP + RHP))
где,
  • VClass A - Максимальное напряжение без нагрузки в классе А
  • RAMP - сопротивление усилителя
  • RHP - сопротивление наушников
По току:
VClass A IR = 20•Log10(10(IClass A+dBmusic)/20)•RHP/1000)
где,
  • VClass A - Максимальное напряжение без нагрузки в классе А
  • dBmusic - поправка по току по энергетической плотности музыки в сравнении с синусом, 12 дБ
  • RHP - сопротивление наушников
Для наушников Sennheiser CX 300-II с сопротивлением 16.2 Ом и Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp с максимальным уровнем напряжения в эквивалентном классе А -4.8 dBV, максимальным током в эквивалентном классе А 9.2 дБ(мА) и внутренним сопротивлением 0.7 Ом.

VClass A R = 20•Log10(10-4.8/20•16.2/(0.7 + 16.2)) = -5.1 dBV

VClass A IR = 20•Log10(10(9.2+dBmusic)/20•16.2/1000) = -14.7 dBV

Оптимальный диапазон

Оценка по напряжению

Если VOptimal попадает в диапазон между VClass A R и VMin R, то оценка 5. Это значит, что хватило уровня в качестве, эквивалентному классу А и при этом регулятор громкости понижен не настолько, что бы отчетливо слышать шум или иметь проблемы с дисбалансом каналов.

Если VOptimal не попадает в диапазон VClass A R и VMin R, то оценка уменьшается на 1 каждые 6 дБ. Минимальной оценкой является 1.

Если VClass A R ниже VOptimal
Оценка = 5- [1+(VOptimal - VClass A R)/6]

Если VOptimal ниже VMin R
Оценка = 5- [1+(VMin R - VOptimal)/6]
У нас получилось, что максимальный уровень в эквивалентном классе А равен -5.1 dBV, минимальный уровень -41.1 dBV и необходимый нам уровень -14.6 dBV.

VOptimalпопал в диапазон значений, при этом остался запас на повышение громкости в 9.4161760031331 дБ и понижения в 26.583823996867 дБ .

Оценка = 5


Оценка по току

Если VOptimal попадает в диапазон между VClass A IR и VMin R , то оценка 5. Это значит, что хватило уровня в качестве, эквивалентному классу А и при этом регулятор громкости понижен не настолько, что бы отчетливо слышать шум или иметь проблемы с дисбалансом каналов.

Если VOptimal не попадает в диапазон VClass A IR и VMin R, то оценка уменьшается на 1 каждые 6 дБ. Минимальной оценкой является 1.

Если VClass A IR ниже VOptimal
Оценка = 5- [1+(VOptimal -VClass A IR)/6]

Если VOptimal ниже VMin R
Оценка = 5- [1+(VMin R - VOptimal)/6]
У нас получилось, что максимальный уровень в эквивалентном классе А равен -14.7 dBV, минимальный уровень -41.1 dBV и необходимый нам уровень -14.6 dBV.

VClassA R оказался ниже VOptimal и соответственно нужную громкость в максимальном качестве не достичь. Что бы звучание было в максимальном качестве, надо уменьшить уровень на 0.11250609819824 дБ. Звук должен стать качественне, но тише желаемого.

Оценка = 5- [1+(-14.556862569934--14.669368668132)/6] = 4

Оценка по шумоизоляции

Оценка по шумоизоляции выставляется в зависимости от внешних условий, и от того нужна ли шумоизоляция для примения данных наушников в этих условиях. Например, для велосипедиста на улице среди машин шумоизоляция противопоказана. В метро, в шумной обстановке, шумоизоляция обязательна. В нашем примере наушники close и шумоизоляция нужна, соответственно оценка 5


Итоговая оценка

Из оценок по напряжению и току выбирается наименьшее значение и умножается на два и далее вычисляется среднее значение с добавленной оценкой по акустическому оформлению.
Итоговая оценка = (2•+5)/3 = 1.7

 

Мы открываем свое присутствие в социальных сетях

Жизнь проекта RAA не ограничена только измерениями. Для информирования о разных событиях мы открываем свое присутствие в социальных сетях, где вы можете быть в курсе всех наших новостей. Например, вы можете ознакомится с фотографиями с выставки High End 2017 Munich в фотоальбомах в vk и facebook.

Это была интересная выставка, на которой удалось пообщаться с большим количеством производителей. Очень многие производители выразили желание сотрудничать и отправлять новинки в тестовую лабораторию для технических измерений. Некоторые продукты были получены сразу на выставке и их измерения уже попали в базу отчетов: Shanling M2s, Enigma Acoustics & Lotoo Dharma D200 и Lotoo PAW Pico.

Будьте с нами и следите за новыми тестами!





 




отчеты измерений