How calculate own reference SPL

При выборе усилителя или наушников по характеристикам, в первую очередь мы хотим знать, сможет ли конкретная связка из наушников и усилителя дать достаточный уровень громкости.

Вопрос в том, как определить эту достаточную громкость в цифрах и связать с известными характеристиками наушников и усилителя?

Свой уровень громкости

У каждого свое представление, какой уровень громкости является достаточным.

Кто-то слушает насыщенную музыку, кто-то наоборот, тихие записи винила. Кто-то слушает музыку днем громко, кто-то расслабленно ночью.

Существует множество мнений о том, какой уровень надо считать достаточным, т.к. это зависит и от музыки, и от условий прослушивания.

Некоторые свое мнение подстраивают ради выгораживания своего продукта. Если кто-то использует "слабый" усилитель или "тугие" наушники, то под их возможности неосознанно подгоняется и низкий "достаточный" уровень. А потом те, кто поверит в то, что конкретный усилитель достаточно мощный, или наушники вовсе не тугие, после покупки испытывают разочарование. И получают вдогонку нравоучения, что "громко слушать вообще вредно"...

Именно по этой причине нужно знать свой комфортный или достаточный уровень громкости. Такой уровень является точкой отсчета для сравнения и называется референсным.

Техника определения референсного уровня достаточно проста, нам надо лишь сложить значение чувствительности наушников со значением уровня напряжения на выходе усилителя и тем самым получить конечное значение своего референсного звукового давления для своих условий и своей музыки.

Так как разницу в громкости мы воспринимаем не линейно, а кратно (логарифмически), то не только конечное звуковое давление выражается в дБ SPL вместо Па (Паскаль), но и напряжение в dBV вместо В_RMS. В децибелах кратное увеличение или уменьшение считается через обычное сложение и вычитание вместо умножения и деления. дБ - это относительно изменение уровня, а дБ SPL и dBV абсолютные значения звукового давления и напряжения. Перевести dBV в В_RMS и наоборот можно отдельном калькуляторе.

Формула выглядит так:

SPL _Reference = HP _Sensitivity + Amp _{Voltage Max} + Volume _Level

Где:

SPL _Reference - Референсное звуковое давление в дБ SPL
HP _Sensitivity - Чувствительность наушников в дБ/В SPL
Amp _{Voltage Max} - Максимальный уровень напряжения с выхода усилителя под нагрузкой (сопротивлением наушников) в dBV
Volume _Level - Значение регулятора громкости в дБ

Т.е. если у наушников чувствительность 115 дБ/В SPL, с усилителя максимальный уровень напряжения равен 6 dBV и значение регулятора громкости равно -14 дБ, то референсное значение получается равным 107 дБ SPL.

Ниже рассмотрим, как просто и быстро определить каждую из этих трех переменных из всевозможных известных данных.

Чувствительность наушников

Паспортная или общепринятая характеристика чувствительности

Обычно это изначально известная величина, которую можно увидеть:

В каждом отчете RAA для проводных наушников
В сводной таблице всех протестированных наушников в базе RAA
В паспортных характеристиках от производителя

Чувствительность может быть выражена к напряжению или мощности. Нам нужно значение к напряжению. Эти значения между собой можно конвертировать в отдельном калькуляторе или здесь ниже.

Sensitivity: dB/V SPL dB/mW SPL

Headphone impedance: ohm

Calculate

HP_Sensitivity = - dB/V SPL

Относительная характеристика чувствительности

Иногда при измерениях некоторые интернет-ресурсы не указывают чувствительность наушников напрямую.

Например в отчетах InnerFidelity указывалось отдельно напряжение и мощность усилителя, при которых тестируемые наушники развивают определенное звуковое давление. Аналогичный подход применяется и у популярного сегодня портала AudioScienceReview.

Основные особенности такого подхода

Плюсом такого подхода является наглядный ответ на вопрос, какие характеристики должны быть у усилителя для обеспечения необходимого уровня громкости. В таком ключе чувствительность отображает сервис сравнения RAA напряжение и чувствительность.

Copy the link to the graph to the clipboard

Так как зависимость восприятия громкости у нас не линейная, а логарифмическая, то график использует значения напряжения в децибелах dBV (справа), а шкала напряжения в В_RMS находится слева и отображдена в кратном масштабе. Удвоение напряжения равно шагу в 6 дБ.

SPL: dB SPL

Выходной уровень: V_RMS mV_RMS mW

Headphone impedance: ohm

Calculate

HP_Sensitivity = - dB/V SPL

Максимальный уровень напряжения с усилителя

Здесь два варианта - у нас может быть "комбайн" в виде единого устройства из "ЦАП + усилитель" или отдельный ЦАП (источник) и отдельный усилитель с аналоговым входом.

Комбайн

Если устройство измерено в RAA, то значение берется из сервиса сравнение основных характеристик усилителей из столбца 0 dBFS (у некоторых устройств максимальный уровень без клиппирования ниже, чем максимально выставленный.

Данное значение назначается только комбайнам. На момент публикации этого материала 0 dBFS назначен не на все устройства, работа по назначению 0 dBFS еще не закончена. Если значение еще не назначено, то используйте значение из столбца Max).

Если устройство не измерено в RAA, то оно вычисляется из паспортных характеристик.

У таких устройств максимальный уровень напряжения обычно получается при максимальном положении регулятора громкости. Если для усилителя не указано максимальное напряжение, то обычно есть значение выходной мощности для высокоомной нагрузки (например для 300 Ом). Так как высокоомная нагрузка требует малый уровень тока, то значение мощности ограничивается только максимальным уровнем напряжения.

Зная максимальную мощность к высокоомной нагрузке, можно определить напряжение для этой нагрузки. Но, дополнительно надо учесть что нам в конечном нужно знать напряжение для другого номинала сопротивления наушников. Таким образом, зная сопротивление усилителя, сперва надо сначала определить значение напряжения без нагрузки, а после под интересующей нас нагрузкой.

Калькулятор ниже все это считает сразу. Если для усилителя указано максимальное значение без нагрузки, то в значение "Сопротивление наушников, для которых указана мощность или напряжение" подставляется любое значение выше 10000 Ом.

Выходной уровень: V_RMS mV_RMS mW dBV dBu

Сопротивление наушников, для которых указана мощность или напряжение: ohm

Сопротивление усилителя: ohm

Сопротивление референсных наушников: ohm

Calculate

Amp _{Voltage Max} = - dBV

Усилитель с аналоговым входом

Здесь совершенно не важно, какая у усилителя паспортная мощность. Уровень напряжения вычисляется через значение уровня сигнала на выходе ЦАП и коэф. усиления усилителя. Напряжение обычно указывается в V_RMS, dBV или dBu. Коэф. усиления может быть как кратным числом, так и уровнем усиления (Gain) в дБ. Соответственно V_RMS или dBu переводится в dBV, а кратный коэф. в дБ.

Выходной уровень ЦАП: V_RMS mV_RMS dBV dBu

Коэф. усилителя или усиление: x dB

Сопротивление усилителя: ohm

Сопротивление референсных наушников: ohm

Calculate

Amp _{Voltage Max} = - dBV

Значение регулятора громкости

Для настройки громкости применяются различные шкалы: уровень в процентах, углы поворота ручки громкости, "ступени" и значения в децибелах. И все эти шкалы можно разделить на два типа - ориентировочные и точные.

К точным относятся шкалы выраженные в децибелах, т.к. только они дают возможность сделать точное вычисление уровня сигнала на выходе.

К ориентировочным относятся все остальные, т.к. они дают лишь приблизительное представление об изменении уровня сигнала в сторону "тише/громче". Соответственно, если у устройства шкала громкости в процентах или ступенях, то "пересчитать" в децибелы не получится и это значение нужно определить вручную альтернативным способом.

Точные шкалы

Шкалу громкости в децибелах можно встретить во множестве устройств. Лишь в редких случаях значение 0 не является максимальным, и тогда значение уровня громкости будет считаться как полное значение от максимума к установленному. Т.е. если у Audiolab M-DAC максимальное значение равно 3 дБ, уровень громкости установлен как -5 дБ, то значение уровня громкости Volume _Level равно -8 дБ.

Ориентировочные шкалы

Основные особенности ориентировочных шкал

Проценты

Видя значение 50%, многие предполагают, что это "половина" громкости и обычно ошибаются. Дело в том, что значение рассчитывается не делением 100 на 2, а пропорционально между минимальным и максимальным значением, где обычно минимальное значение равно 0, а максимальное 100. Но цифровой любой регулятор громкости должен перевести значение из процентов в логарифмическое в дБ, где в свою очередь не может быть абсолютной тишины (абсолютного 0%). Соответственно за 1% назначается какой-то небольшой уровень напряжения (например -48 dBFS), а при выставлении 0% происходит полное отключение звука. По этой причине 50% - это промежуточное значение между -48 dBFS и 0 dBFS. Т.е. если 0 dBFS равен 1 В_RMS, то 1% - это 0.0039 В_RMS, а не 0 В_RMS. Не зная, чему равен 1%, нельзя сделать точный расчет.

Пример такой логики сделан в соответствующем калькуляторе.

В некоторых случаях шкала значений в процентах к расчетам "процентов" как таковых не имеет отношения, а это просто визуальное отображение минимум/максимум.

Градус поворота

Считается, что 12 часов, это половина громкости между 7 (минимумом) и 17 (максимумом) часами. У подавляющего большинства устройств шкала регулировки близка к линейной, и дополнительно в районе минимума и максимума "кривая".

Например у xDuoo XD-05 полный максимум уже наступает в районе 14 часов и до 17 не меняется. Как правило, сделать расчет для таких регуляторов громкости без отдельных измерений невозможно.

Ступени

Там, где уровень выражается через шаги/ступени, шкала может быть какой угодно.

Если у источника нет шкалы в децибелах, то нужно воспользоваться альтернативным регулятором громкости.

Самый простой вариант, это выставить уровень громкости в устройстве на максимум, а в программном плеере (с регулятором громкости в децибелах) ее убавить.

В ОС Windows удобным вариантом является бесплатный плеер foobar2000. Важно выводить звук через интерфейс WASAPI Event/Push. В остальных вариантах возможно дополнительное программное снижение уровня громкости. Подробнее о настройках foobar2000.

Уровень -4 дБ от максимума, Volume <sub>Level</sub> = -4 дБ

Уровень -4 дБ от максимума, Volume _Level = -4 дБ

В Android есть плеер Neutron

Neutron, регулятор расположен во вкладе с эквалайзером. Volume <sub>Level</sub> = -14.67 дБ

Neutron, регулятор расположен во вкладе с эквалайзером. Volume _Level = -14.67 дБ

SPL _Reference

Получив значение в дБ на своем тракте, своих условиях прослушивания и на своей музыке можно вычислить свою громкость.

Чувствительность наушников HP _Sensitivity: дБ/В SPL

Максимальное напряжение Amp _{Voltage Max}: dBV

Выставленный уровень громкости Volume _Level: дБ

Calculate

SPL _Reference = - dBV

Для измеренных устройств в базе данных RAA

Сервис - звуковое давление в связке

Если наушники и источник уже измерены в RAA, то нужно определить лишь Volume _Level. Вы просто загружаете эту связку через сервис звуковое давление в связке и значения HP _Sensitivity и Amp _{Voltage Max} уже известны.

В примере связка Kennerton Vali Neoteric + iBasso DC05 загружена дважды, но в одной стоит максимальное значение громкости 0 dBFS, а во второй наше определенное значение -12 dBFS для определения референсного уровня.

В каждом столбце есть три значения, это чувствительность наушников к напряжению 115.8 дБ/В SPL (HP _Sensitivity), максимальный уровень напряжения с выхода усилителя при подключенном сопротивлении наушников 5.4 dBV (Amp _{Voltage Max}) и значение уровня громкости в dBFS (Volume _Level). И мы видим два значения звукового давления, максимальное для этой связки 121.2 дБ SPL и наше референсное 109.2 дБ SPL.

Это значение не является тем, что показал бы шумомер, но оно будет точкой отсчета для разных связок на той же музыке.

Дополнительные примеры из сервиса "звуковое давление в связке"

Сравнивая разные связки можно видеть относительный запас по громкости (или его отсутствие).

При вычислении своего референсного уровня в условиях своей связки не так важно, с каким качеством воспроизводился звук. Но выбирая новое устройство, желательно выбрать такую связку, чтобы в этой связке усилитель мог выдать звук в максимальном качестве. В сервисе отображения для этого выбирается "Звуковое давление в связке + A/Max" и столбцы будут окрашены до трех цветовых зон. Насыщенный цвет - это диапазон работы в максимально качестве для этого источника. Бледный цвет - это качество хуже, но без сильных искажений. Серый цвет - это зона с сильными искажениями.

Kennerton Vali Neoteric с различными усилителями

В примере Creative SoundBlasterX G6 и xDuoo XD-05 Plus имеют запас по громкости, но в максимально качественном режиме не дотягивают до референсного уровня в 109.2 дБ SPL. E1DA 9038SG3 немного тише с позиции максимальной громкости, но зато порог его максимального качества выше, чем референсный уровень.

iBasso DC05 с различными наушниками

Во втором примере в связке с Hifiman Edition XS при достижении референсного уровня можно ожидать неприятных искажений. С MyST Gatling не получится получить референсный уровень, но не будет и сильных искажений. С Snorry Trion не будет достигнут референсный уровень и дополнительно будут искажения.

Дополнительные примеры из сервиса "напряжение и чувствительность"

При подборе множества связок из различных наушников и усилителей (как измеренных, так и нет), можно воспользоваться сервисом сравнения напряжение и чувствительность.

На графике по горизонтали указаны сопротивления наушников, подключаемых к усилителю, а по вертикали напряжение на выходе усилителя. Точками указаны напряжения подаваемое на наушники для получения референсного уровня звукового давления. В примере референсный уровень из последнего примера был 109.2 дБ SPL. И все разобранные выше наушники и усилители из примеров "звуковое давление в связке" показаны на графике.

Для усилителелй напряжение отображается кривыми линиями. Для наушников напряжение отображается точками. Если точка от наушников выше линии от усилителя, то этот усилитель неспособен обспечить необходимое звуковое давление. Если же точка ниже линии усилителя, то есть запас по громкости у этой связки. Разница уровней между точкой от наушников и линией усилителя показывает уровень регулировки громкости.

Список обзоров с многочисленными примерами использования сервисов RAA для подбора связок по техническим параметрам

Ниже список обзоров с многочисленными примерами использования сервисов RAA для подбора связок по техническим параметрам.