Основные характеристики наушников

Это обзор основных характеристик наушников и их взаимосвязь со звуком. Это краткая выжимка из более подробных материалов по каждой характеристике.

Самый главный упор сделан на общее представление, какие характеристики дают полезную информацию, а какие указываются для красоты. Какие характеристики надо учитывать при подборе к источнику звука и что характеристики не показывают и это можно проверить только на слух.

Текст составлен на основе опыта тестирования 2738 устройств: наушников и источников-усилителей.

Частотный диапазон наушников

Для наушников в технических характеристиках производители обычно указывают частотный диапазон. Предполагается, что в пределах этого диапазона наушники воспроизводят все заявленные частоты и чем шире диапазон - тем лучше.

Существует неверное предположение, что за пределами указанного диапазона наушники ничего не воспроизводят. На самом деле эти частоты просто воспроизводятся тише. Это можно наглядно посмотреть в нашей базе измерений наушников на графиках АЧХ.

Резкий обрыв высоких частот, когда выше определенной границы они не воспроизводятся, бывает только у беспроводных, активных или USB наушников, где динамик и может что-то воспроизвести, но встроенный ЦАП или цифровой формат данных ограничен определенной частотой: 22/24, 44/48 или 88/96 кГц. Здесь ограничение является для всей конструкции наушников.

Формально - чем шире частотный диапазон, тем лучше

Считается, что человек слышит частоты от 20 Гц до 20 кГц и аналогичного диапазона у наушников вполне достаточно. Более широкий частотный диапазон предполагает, что слышимый диапазон будет воспроизведен от 20 Гц до 20 кГц с меньшим спадом АЧХ по краям и меньшими искажения в области низких частот.

На эту характеристику не стоит ориентироваться, она в большей степени формальная.

Подробнее о частотных диапазонах и как именно получают эту характеристику производители можно прочитать отдельно.

На практике каждый производитель ставит свои критерии определение ширины частотного диапазона и эта характеристика не позволяет корректно сравнивать разные наушники между собой. Так как частотный диапазон определяется по АЧХ, то большое влияние оказывает выбранный стенд для измерений и методика, что обычно не указывают.

Корректное сравнение возможно делать только для наушников, которые были измерены с одинаковыми критериями определения частотного диапазона.

Амплитудно-частотная характеристика наушников (АЧХ)

Амплитудно-частотная характеристика наушников (АЧХ/frequency response) - это зависимость уровня звукового давления от частоты воспроизводимого гармонического сигнала на выходе наушников.

АЧХ показывает баланс громкости частот (тональный баланс) как эквалайзер, включенный для наушников или АС с «ровной АЧХ».

АЧХ зависит от методики измерения и выбранного стенда. Единого стандарта для измерений наушников не существует, т.к. у каждого человека своя форма ушной раковины. Не помогают ни специальные поправки в виде HRTF функций, ни стоимость стенда с дорогими микрофонами.

Тем не менее, общая разница АЧХ между моделями позволяет понять отличия в звучании моделей, а форма АЧХ дает общее представление о типе АЧХ и общем характере звучания. При желании, основываясь на данных графиков, АЧХ наушников возможно скорректировать.

Для разных условий прослушивания: громкости, внешнего шума и типа оформления наушников, наилучшими являются разные варианты АЧХ.

В базе данных RAA для прямого сравнения АЧХ доступно 2514 моделей наушников

Сравнить и подобрать наилучшие наушники для себя!

Подробнее про АЧХ

Чувствительность наушников

Параметр чувствительности отражает зависимость уровня «громкости» наушников от уровня поданного на наушники сигнала. Чем выше значение чувствительности, тем более громко будут играть наушники от фиксированного уровня сигнала.

Чувствительность выражается или к напряжению, или к мощности. Если чувствительность к напряжению показывает в первую очередь “громкость”, то к мощности - “потребление энергии”. Оба варианта можно пересчитать из одной единицы выражения в другую. В характеристиках обычно указывают один из вариантов. К сожалению, иногда дизайнеры упаковок не указывают размерность характеристики и это делает значение бесполезным.

Наушники с высокой чувствительностью могут очень громко играть при выставлении небольшого уровня громкости у источника. Вместе с очевидным плюсом, часто появляется и минус - в таких наушниках хорошо слышен фоновый шум в паузах.

Наушники с низкой чувствительностью играют соответственно тихо и их рекомендуется подключать к изначально мощным источникам.

При оптимальном согласовании чувствительности и мощности усилителя можно получить оптимальную громкость и минимум шума.

В отсортированной таблице измеренных наушников можно посмотреть на конкретные цифры значений, от наушников с высокой чувствительностью к наушникам с низкой чувствительностью.

Converter of headphone sensitivity dB/V <=> dB/mW

Сопротивление наушников (импеданс)

Сопротивление наушников косвенно влияет на чувствительность наушников и согласование с усилителем.

Так как величина сопротивления у наушников меняется в зависимости от частоты и представляет собой кривую линию, то более правильным названием является "импеданс". Если в английском языке допустимо только слово impedance, то в русском чаще встречается "сопротивление наушников".

По кривой импеданса наушников можно определить тип излучателя или излучателей, использующиеся в наушниках.

Влияние сопротивления на чувствительность

Чувствительность наушников к мощности не зависит от сопротивления драйвера, ограничиваясь только конструкцией излучателя. При изменении сопротивления излучателя меняется соотношение подаваемого напряжения и тока, при которых будет образовываться исходная подаваемая мощность.

Так как относительная громкость наушников напрямую зависит именно от напряжения, то именно на чувствительность к напряжению оказывает влияние исходное сопротивление наушников для определенной конструкции. Чем выше сопротивление наушников, тем ниже чувствительность к напряжению и наоборот.

По этой причине низкоомные наушники в большинстве своем громкие, а высокоомные - тихие и для них нужен отдельный усилитель.

Для наушников арматурного типа это правило может не работать из-за другого типа конструкции и кривой импеданса.

В сервисе сравнения характеристик можно отсортировать наушники по двум типам чувствительности и величине сопротивления. Учавствует 3747 моделей.

Comparison of headphone characteristics

Согласование мощности усилителя и сопротивления наушников

При выставлении определенного уровня громкости на выходе усилителя устанавливается определенное напряжение при подключенных наушниках. Необходимый уровень напряжения зависит от чувствительности наушников к напряжению.

Наушники будут потреблять ток в зависимости от величины сопротивления. Чем сопротивление у наушников ниже, тем больше тока им потребуется при том же уровне напряжения.

По этой причине для низкоомных наушников необходим такой усилитель, который может обеспечить в первую очередь высокий ток, а для высокоомных наушников - напряжение.

Если неверно подобрать усилитель к наушникам, то звук будет или тихий, или некачественный (резкий или хрипящий).

Таким образом, за согласование наушников и усилителя отвечает четыре характеристики: ток и напряжение усилителя и чувствительность с сопротивлением наушников.

У колонок, в отличии от наушников, диапазон сопротивлений ограничен двумя номиналами - 4 Ом и 8 Ом. По этой причине делается упрощение в виде указания конечной выходной мощности для усилителя в Вт вместо отдельных значений тока и напряжения. Аналогично и для колонок указывается чувствительность к мощности. Это упрощение удобно для колонок, где достаточно указать два варианта мощности для сопротивлений 4 и 8 Ом, но такое упрощение не подходит для наушников.

О своем референсном уровне звукового давления

При выборе аудиотехники принято оперировать цифрами, которые зачастую описываются абстрактно. Подход RAA иной, через прямые сравнения неизвестных продуктов с известными. Соответственно, для того, чтобы опрерировать конечными данными в SPL, надо определить свой собственный уровень звукового давления в SPL, на котором производится прослушивание музыки. В этом нет ничего сложного.

Сервис сопоставления мощности источников и чувствительности наушников

Доступно 781 источников (усилителей) и 3747 наушников.

Влияние сопротивления на АЧХ

Когда наушники подключаются к усилителю, то их АЧХ меняется из-за индивидуального согласования импеданса наушников, сопротивления проводов и полного выходного сопротивления усилителя.

Из-за сопротивления усилителя происходит снижение громкости сигнала. Если импеданс наушников или усилителя не является ровной прямой, то снижение происходит неравномерно. Обычно пользователь не знает, какой уровень напряжения устанавливается регулятором громкости на выходе усилителя, и комфортный уровень громкости регулируется субъективно на слух. Таким образом субъективно замечается лишь изменение тонального баланса.

Чем ниже сопротивление наушников и выше у усилителя, тем сильнее будет меняться общая АЧХ связки из наушников и усилителя.

В общих отчетах приводятся графики взаимодействия с распространенными вариантами условных усилителей и наушников.

В отдельных сервисах можно выбрать отдельно измеренный усилитель и отдельно измеренную модель наушников и посмотреть их совместный результат.

В сервисе доступно 2250 моделей наушников и 734 усилителей.

Максимальная мощность

Иногда производители указывают значение максимальной мощности. Это значение трактуется очень широко и может обозначать лишь отдельные варианты условий для максимальной мощности. Это может быть заверение, что при такой мощности производитель гарантирует звук без искажений. Это может быть значение мощности, выше которой у наушников будет повреждение мембраны или сгорит катушка индуктивности. Мощность может подразумеваться как аналог музыкального сигнала, а может как для энергетически плотного синуса.

К сожалению, эта характеристика такая же расплывчатая, как и частотный диапазон.

Характеристика не отражает громкость наушников, тут нет аналогии с максимальной мощностью для активной акустики.

Типы наушников по акустическому оформлению

Наушники делятся на три типа по своей конструкции. Герметичные наушники, где драйвер излучает звук исключительно в ухо - называются закрытыми. Эти наушники обладают пассивной шумоизоляцией. Слушатель не слышит внешние звуки, а окружающие звук из его наушников.

Альтернативные модели, где драйвер одинаково излучает как в ухо, так и в окружающее пространство называются открытыми. Такие наушники используют там, где не требуется шумоизоляция от внешнего шума и при этом музыка из наушников не мешает окружающим. Наушники открытого типа обычно обеспечивают более качественный звук в прямом сравнении с наушниками закрытого типа схожей конструкции и компонентов сопоставимого качества. У закрытых наушников звук хуже обычно из-за лишних переотражений внутри герметичного корпуса.

Существуют наушники промежуточного типа, с частичной шумоизоляцией. Из называют как полу-открытые или полу-закрытые в зависимости от контекста.

Выбор типа наушников зависит исключительно от поставленных задач и внешних условий. В шумном транспорте, студии во время записи вокала или инструмента на микрофон, местах, где окружающие люди не должны слышать звук из наушников - используются наушники закрытого типа. На улице, где внешние звуки могут предупредить об опасности или дома, где звук из наушников никому не мешает - лучше подходят наушники открытого типа.

Слева наушники закрытого типа, справа - открытого типа.

Типы наушников по посадке

Полноразмерные (охватывающие, мониторные, дуговые)

Сегодня наушники можно разделить на три типа. Полноразмерные, которые являются самыми крупными и охватывают ухо полностью. Эти наушники еще называют охватывающими и, с подачи одной дистрибьюторской компании - "дуговые". Под дугой подразумевается наличие оголовья у наушников. Частично к этой группе относятся наушники без амбушюр, вроде легендарных AKG K1000. Такие наушники самые удобные, но зачастую их сложно использовать в портативном исполнении. Наушники занимают много места, а в холодный сезон головной убор не позволяет их использовать. Дополнительно у наушников закрытого типа не самая высокая шумоизоляция и недостаточная чувствительность для портативных источников. Такие наушники чаще используются в помещениях.

Еще такие наушники называют мониторными, но это название корректно только для моделей закрытого типа. Ранее мониторными наушниками в студии называли те модели, которые обладали шумоизоляцией. Музыкант слушал музыку в наушниках и играл на инструменте вовремя записи в микрофон. За счет шумоизоляции наушников, в микрофон записывал только инструмент или вокал.

Накладные

Это более компактные наушники, которые прижимаются к ушной раковине. Такие наушники за счет более близкого расположения динамика позволяют получить более высокую чувствительность. Это делает такие наушники более подходящими для портативного использования. Но, комфорт от использования таких наушников из-за постоянного прижима к уху ниже. Такие наушники хороши для тех задач, где наушники не нужно использовать продолжительное время.

Внутриканальные (вакуумные затычки) и вкладыши (таблетки)

Это самые маленькие наушники, которые имеют преимущество в виде малых габаритов и наиболее высокой чувствительности. Высокая чувствительность обеспечивается близким расположением и малыми габаритами (веса мембраны и прочей конструкции) излучателя.

В большинстве случаев внутриканальные наушники относятся к закрытому типу обеспечивают наилучшую шумоизоляцию. Это отличный вариант для шумного транспорта. За счет хорошей шумоизоляции в таких наушниках есть возможность слушать музыку негромко. Однако они считаются самыми опасными для слуха из-за высокой шумоизоляции и желания пользователя выкрутить звук погромче. Это как со спорт-каром, где водитель нарушает скоростной режим лишь из-за возможности его нарушить, т.к. автомобиль может развить большую скорость. И такой автомобиль автоматически является "опасным".

Внутриканальные наушники предполагается герметично располагать напрямую в слуховом канале. Именно из-за герметичности приклеилось название "вакуумный", по принципу плотной упаковки пленкой, хотя никакого вакуума ни в наушниках, ни в слуховом канале нет.

Вкладыши наоборот располагаются около входа в слуховой канал непосредственно в ушной раковине. Такие наушники, независимо от типа конструкции, относятся к открытому или полу-закрытому типу из-за невозможности герметичной посадки. Такие наушники хороши для улицы, но неприменимы для шумного транспорта. Из-за внешнего шума в таких наушниках приходится выкручивать громкость на максимум и заодно мешать окружающим пассажирам.

Еще вкладыши могут быть более комфортны тем, кому физически неприятны внутриканальные наушники. Сегодня вкладыши можно встретить в основном лишь в самом дешевом сегменте. Наушников среднего и высокого качества выпускается мало.

Типы излучателей в наушниках

Динамические и изодинамические излучатели (в полноразмерных наушниках)

В полноразмерных наушниках доминирует излучатель динамического типа. Он внешне и по принципу работы схож с обычным динамиком из акустической колонки. Альтернативу сегодня ему представляет изодинамический тип излучателя, по своей конструкции близкий к электростатическому излучателю.

Динамический излучатель начинает свое движение мембраны от кольца катушки излучателя. Соответственно поверхность излучателя работает не синхронно. У электростата вся мембрана одновременно начинает движение и это обеспечивает наилучшую импульсную характеристику. Но, электростаты требуют специальных отдельных высоковольных усилителей и это сильно огрничивает их область применения.

Изодинамические излучатели наиболее близки по принципу работы к электростатам. У них токопроводящая дорожка нанесена на мембрану и покрывает до половину площади. Это позволяет получить близкий к электростатам звук и при этом использовать обычные усилители для наушников с динамическим излучателем.

Большинство моделей изодинамического типа обладают более высоким весом и меньшей чувствительностью.

Качество звучания в конечном счете зависит от конкретной модели наушников.

Динамические, арматурные и гибридные излучатели (во внутриканальных наушниках)

Во внутриканальных наушниках используется два типа излучателя, это динамический и арматурный (сбалансированная арматура).

Арматурные излучатели отличаются конструкцией и если динамически излучатель можно сравнить с круглой таблеткой, которая излучает звук своей плоской поверхностью, то арматурный похож на маленькую бутылочку, излучающей звук из своего горлышка.

Арматурные излучатели изначально применялись в слуховых аппаратах за счет своих миниатюрных габаритов и расположении слухового аппарата вместе с излучателем прямо в ушном канале. Сегодня арматурный излучатель применяется в наушниках любого назначения.

В некоторых моделях используют несколько излучателей. Такие модели называются многодрайверными. При этом излучатели могут использовтаь сразу двух типов, и динамические и арматурные. Такие наушники называют гибридными.

Раньше арматурных наушников было мало и они считались самыми качественными, но сегодня все зависит от конкретной реализации. Если динамические внутриканальные наушники обычно обладают ровным импедансом, то у арматурных и гибридных обычно кривая линия импеданса и их АЧХ зависит от согласования с усилителем.

Нелинейные искажения

С ростом громкости у мембраны наушников начинается проявляться ограничение хода. Это ведет к появлению нелинейных искажений, которые проявляются от усиления резкости в звучании до хрипа.

Слышимость нелинейных искажений зависит от характера спектра. Характер спектра и величина искажений зависит от выставленной громкости, и это делает упрощенные оценки для одного или двух значений звукового давления малосодержательными.