В чем разница между усилителями для наушников и колонок?

В чем разница между усилителями для наушников и колонок?



Самый распространенный вопрос, это можно ли подключать наушники вместо колонок к усилителю?

Принципиальных различий несколько и зная их, можно определить, можно ли подключить конкретные наушники к конкретному усилителю.














Фоновый шум


Уровень фонового шума в усилителях для наушников обязан быть ниже, чем для АС.

Если подключить наушники к усилителю для колонок, то с большой вероятностью будет слышен фоновый шум в паузах при выставлении небольшого уровня громкости, в то время как с АС этот шум не будет заметен из-за их меньшей чувствительности и расположения на более дальнем расстоянии, чем динамики наушников около уха.

Для усилителей могут указывать соотношение сигнал/шум или динамический диапазон (что для усилителя одно и то же). Из этих значений можно вычислить уровень фонового шума, если на усилитель будет указано, при каком значении оно получено.

Это не всегда соответствует значению для максимальной мощности на нагрузке.

Например, сигнал/шум может быть указан, как 100 дБ, максимальная мощность 50 Вт на 4 Ом. При пересчете на напряжение и ток, это 14 BRMS (23 dBV) и 3.5 А. Из данных по максимальной мощности можно предположить, что фоновый шум будет равен значению 23 dBV -100 дБ = -77 dBV (141 мкBRMS)

Чаще всего, ограничением для мощности в усилителях для колонок является не напряжение, а ток, и для максимального напряжения значение может быть и 30 VRMS (29.5 dBV). В этом случае фоновый шум будет на 7 дБ больше, как 29.5 dBV -100 дБ = -70.5 dBV (316 мкВRMS).

При вычислении фонового шума по наибольшему значению нагрузки значение фонового шума будет точнее. Лучше всего предполагать, что оно на практике будет выше, чем расчетное.

Как этот фоновый шум связать с параметрами наушников? Допустим, у наушников чувствительность равна 125 дБ/В SPL. Это значит, что при подключении к усилителю уровень воспроизводимого фона будет равен, как 125 дБ/В SPL - 70.5 dBV = 54.5 дБ SPL. При прослушивании музыки на комфортном уровне в 85 дБ SPL мы получим фактический сигнал/шум как 30 дБ (85 дБ SPL - 55 дБ SPL).

Уровень заметности будет дополнительно зависеть от того, является шум равномерным или “зудящим”.

Таким образом, усилители для АС обычно рекомендуются только для низкочувствительных наушников.


Калькулятор для расчета фонового шума усилителя


Сигнал/Шум усилителя
 дБ

Мощность усилителя


Мощность для сопротивления АС
  Ом

Считать


Фоновый шум усилителя: - dBV / - мкВRMS

При исходных данных:
- VRMS /- dBV
- W

Калькулятор для расчета сигнал/шум в наушниках

Чувствительность наушников


Сопротивление наушников (необязательно для указанной чувствительности к напряжению)
Ом

Предполагаемый уровень громкости при прослушивании
dB SPL



Считать


Сигнал/шум - dB
При исходных данных:
Чувствительность наушников: - dB/V SPL
Фоновый шум услителя: - dBV


Допустимый уровень постоянного напряжения на выходе усилителя


При подаче постоянного напряжения на катушку индуктивности происходит нагрев катушки. При достижении критической температуры, катушка “перегорает”. Для перегрева от постоянного напряжения меньшая мощность, чем при переменном звуковом сигнале или указанная в виде максимальной мощности для наушников.

Такая разница объясняется несколькими факторами.

При подаче переменного напряжения основной нагрев происходит во время непродолжительных пиков и благодаря небольшой инерции для нагрева и остывания, катушка не успевает достигнуть долговременно критичной температуры.

При подаче постоянного напряжения катушка индуктивности неподвижна и не получает охлаждения от движения воздуха. В высокочастотных динамиках для колонок катушка индуктивности практически всегда неподвижна и для охлаждения применяются различные жидкости (вязкие) позволяющие отвести тепло от катушки на магнитную систему.

Реактивное сопротивление увеличивает конечное значение сопротивления и соответственно уменьшает ток.

Это обычно становится большой неожиданностью для владельцев наушников, у которых они выходят из строя “без видимых причин” или при прослушивании музыки исключительно на малой громкости, так как перегорают наушники во время пауз между треками. Усилители с большим фоновым шумом порой бывают "безопаснее".

У динамиков АС катушки индуктивности более крупные и способны выдержать большее напряжение, которое не опасно для колонки, но опасно для наушников.

Определить наличие постоянного напряжения в большинстве случаев просто. Если при подключении наушников к усилителю из наушников слышен заметный “хлопок”, то постоянное напряжение на выходе есть.

Постоянное напряжение может давать и источник перед усилителем.

При наличии постоянного напряжения стоит проверить весь тракт. Иногда у усилителя могут быть разные входы, помеченные как DC и AC или отдельный тумблер для режима AC. В режиме AC принудительно отсекается постоянное напряжение на входе.

Некоторые усилители имеют встроенную защиту от постоянного напряжения на выходе, но пороги значений выбираются компромиссно, ведь инфразвук часто аналогичен постоянному напряжению. Соответственно, если порог будет слишком низкий, то защита будет ложно срабатывать на низкочастотные сигналы и прочий шум, что потребителю совершенно не понравится.

Соответственно, основная опасность от усилителей для колонок - это вероятность наличия постоянного напряжения, не опасного для колонок, но опасного для наушников.


Хлопок при включении


В хороших усилителях в выключенном состоянии контакты обычно разомкнуты через реле. После включения усилителя они замыкаются только после того, как закончились все переходные процессы и на выходе отсутствует постоянное напряжение. В усилителях "попроще" этого нет и при включении на колонки может податься импульс и прочие не музыкальные сигналы. Это может вывести из строя наушники.


Высокая выходная мощность


Чаще всего предполагают, что из-за высокой выходной мощности в десятки Ватт, это опасно для наушников. Это не совсем так.

Уровень громкости всегда выставляется через напряжение, а количество потребляемого тока будет зависеть от сопротивления колонок/наушников.

Если усилитель способен отдать 10 Вт на 4 Ом, то это не значит, что он способен отдать 10 Вт и на 100 Ом.

Мощность в 10 Вт на 4 Ом нам могут сказать, что она ограничена током в 1.6 А или напряжением 6.3 ВRMS, или одновременно током и напряжением в 1.6 А/6.3 ВRMS.

Если ограничение было по напряжению, то на 100 Ом максимальная мощность будет равна уже 0.4 Вт.

Если ограничение было по току, то максимальная мощность на 100 Ом может достигать до 256 Вт при 160 ВRMS.
График мощности

График мощности



Ваш браузер не поддерживает Canvas График напряжения
Ограничение по току выражено красной линией, а ограничение по напряжению зеленой линией. Если у нас одновременно ограничение по тока и напряжению, то получается синяя линия. В этом примере точка пересечения приходится на 4 Ом.

Если мы не знаем мощность для 8 Ом, то мы может предположить, что ограничение по напряжению для 8 Ом будет отсутствовать и тогда напряжение на 8 Ом будет равно 22 dBV, а мощность соответственно равна 20 Вт. Но, если ограничение тока будет к примеру 20 dBV, то мощность на 8 Ом составит 12.5 Вт.

Какой же будет оптимальная мощность для усилителя, к которому планируется подключить наушники вместо АС? Методы расчета довольно просты.

Метод под конкретные наушники

Например, у нас есть наушники с чувствительностью 120 дБ/В SPL и 60 Ом. Для обеспечения громкости в 110 дБ SPL нам надо, чтобы усилитель выдавал напряжение, равное 120 дБ/В SPL -110 дБ SPL= -10 dBV. Учтем вероятность прослушивания музыки с широким динамическим диапазоном и добавим 9 дБ сверху. Итого -10 dBV +9 дБ = -1 dBV.

Таким образом, усилитель, который обеспечит необходимую громкость должен обладать мощностью 0.2 Вт на 4 Ом или 0.1 Вт на 8 Ом. Ориентироваться лучше на значение, которое указывается для более высокоомной нагрузки.

Второй момент, мощность может быть указана для разных режимов качества, например как 5 Вт при очень низком уровне гармонических искажений, и 30 Вт при 10%. При указанном уровне сигнал/шум надо считать от максимального значения, а расчетную мощность от минимального.

Калькулятор

Чувствительность наушников


Сопротивление наушников (необязательно для указанной чувствительности к напряжению)
Ом

Предполагаемый уровень громкости при прослушивании
dB SPL

Запас на динамический диапазон
dB

Мощность для сопротивления усилителя



Считать


Мощность - Вт / - мВт

При исходных данных:
Напряжение: - dBV / - VRMS



Общий метод


Второй общий метод подходит тем, кто не хочет разбираться в цифрах и методах подсчета, или у кого нет характеристик по чувствительности на наушники.

Если опираться на рекомендации, по которым производители ранжируют усилители как “достаточно для 300 Ом”, то это выглядит как соотношение уровня напряжения к чувствительности наушников, при которой достигается 116 дБ SPL. Т.е. если у вас наушники относятся к обычным динамического типа без особых технологий "Много Tesla", то с большой долей вероятности усилитель будет подобран удачно.

У полноразмерных наушников чувствительность к мощности в среднем равна 99 дБ/мВт и соответственно можно вычислить необходимый уровнень напряжения к любому сопротивлению наушников. В методе выше это было бы как
  • Чувствительность наушников - 99 дБ/мВт
  • Предполагаемый уровень громкости при прослушивании - 107 дБ SPL
  • Запас на динамический диапазон - 9 дБ


Ваш браузер не поддерживает Canvas

Сопротивление наушников, Ом 16 32 60 150 300 600
Мощность усилителя для 8 Ом, Вт 0.1 0.2 0.38 0.94 1.88 3.76
Мощность усилителя для 4 Ом, Вт 0.2 0.4 0.75 1.88 3.76 7.52




 

Комментарии

Нет комментариев к этой странице


Хотите оставить комментарий или задать вопрос? Зарегистрируйтесь или войдите под своим логином