Analytical table and recommendation for using headphones with different types of amplifiers based on the measured characteristics - Reference Audio Analyzer
F.A.Q. / Headphones and Amps - interplay

Analytical table and recommendation for using headphones with different types of amplifiers based on the measured characteristics

About

For whom RAA made this: for those who is hard to understand graphs or/and for who want to see brief graph analysis in common words. RAA developed an algorithm to calculate the compatibility of sources and headphones. This table is the first step to create a simplified general report. We want to make two reports: first short simplified report for simple user and second report for a pro.

Such the algorithm became possible due to: From the idea of the table to the final implementation took about three years. And gradually the algorithm is being improved for modern products.

In this general table, we show the most common variations of sound sources and the field of headphones application.

The compatibility rating is similar to car analysis based on its ground clearance - on which road the car will move optimal without evaluating the class of the car. On a race car of Formula 1 is difficult to drive on a ground road. The same foolish idea to use caterpillar all-terrain vehicle on a highway.

The table allows to estimate the most complete opening of the potential of headphones while use with amplifiers of a similar class, but with different power parameters.

Analysis and recommendations for ASTRO Gaming A40 based on the measured characteristics
Sources
(to which the headphones will be connected)
Areas of using headphones Sensitivity Impedance The type of acoustic design Total
113.30 dB/V SPL 62.22 ohm Semi-open  
Low-power sources -18dBV/6dB(mA), S/N 105 dB:

a smartphone
a player
a tablet
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone 2
★★☆☆☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
3.3
★★★☆☆
Office and home, where people should not hear the sound from the headphones 2
★★☆☆☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
3.3
★★★☆☆
Street with active traffic 1
★☆☆☆☆
4
★★★★☆
3
★★★☆☆
2.7
★★☆☆☆
Metro (subway), public transport 1
★☆☆☆☆
3
★★★☆☆
3
★★★☆☆
2.3
★★☆☆☆
Mid-power sources 6dBV/30dB(mA), S/N 120 dB:
a computer with sound card
a Hi-Fi player
a portable amplifier
a mixer console
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆
Metro (subway), public transport 4
★★★★☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.0
★★★★☆
Recording a voice or instrument in the studio 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆
Hi-power sources 18dBV, S/N 120 dB:

a home system with a headphone amplifier
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆
Office and home, where people should not hear the sound from the headphones 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆





Optimum volume level

The combination of headphones and a source is ideal if it is possible to get the optimum volume level for listening to music.

The sensitivity parameters of the headphones and the power of the amplifier are not indicated to the musical signal. It is common that parameters are indicated to the sine. This gives distorted data while we calculate the sound pressure for music by the power of the amplifier and the sensitivity of the headphones.

In RAA we set a comfortable volume level and after determined, with which level it corresponds to the characteristics of headphones and amplifiers. At fixed values of the sound level meter, an average of 85-90 dB SPL resulted in the equivalent of 99 dB SPL, if we summarize the output voltage at the amplifier output with the sensitivity of the headphones.



В сервисах сравнения уровень звукового давления указывается двумя величинами, общим звуковым давлением и поправкой на пик-фактор музыкального сигнала.

Таким образом получается основное звуковое давление в 90 дБ SPL и 9 дБ, которые в сумме дают 99 дБ SPL.



Analysis of the sensitivity of headphones


The optimal volume level we determined for ideal conditions, when there is no outside noise. In reality, the situation is different and an amendment is made for each specific situation.

If the headphones is with noise cancellation, the level is reduced by 6 dB, and with a partial noise cancellation by 3 dB.

The surrounding situation is estimated by a factor from 0 to 2. Then it is added to the optimal level by multiplying the coefficient by 6 dB.

SPLOptimal = SPLOptimal basic + K Environment•6 - N Noise cancellation

where
  • SPLOptimal = Optimal baseline 99 dB SPL
  • K Environment – noise environment factor
  • N Noise cancellation – amendment noise isolation headphones
Having received the value of the optimal level, we make an estimate of the capabilities of the source, based on its power parameters.

We can have two variants of poor compatibility: the source is too quiet or too loud.


For example, for headphones with partial noise insulation (semi-open type) in a noisy subway train environment, the optimal volume level will be:

Optimal = 99 dB SPL + 2•6 дБ –6 dB = 105 dB SPL


A source is too quiet

A source is too quiet and can not provide the required volume with specific headphones.

Calculate the difference between the source and the optimal level.

Delta = HP Sensitivity + Amp Voltage - SPL Optimal - Gain Plus
where
  • HP Sensitivity - Headphone sensitivity of voltage
  • Amp Voltage – Maximum voltage level in dBV
  • SPL Optimal – Previously calculated optimum required level
Mark = 5 +[Delta/6]



Your browser does not support Canvas
For example, for headphones with a sensitivity of 99.00 dB/V SPL and a player with a level of -6 dBV will be:

Delta = 99.00 dB/V SPL + -6 dBV - 105 dB SPL = -12.00 dB

Thus, the maximum volume level differs from the desirable by -12.00 дБ.

Mark = 5-[ 12.00/6] = 5-[2.00] =5 -2 = 3

On a five-point scale, the difference by 6 dB decreases by one.

Каждая точка - это уровень напряжения, который требуется наушникам для уровня звукового давления 105 дБ SPL. В примере усилитель для простоты обладает нулевым сопротивлением и напряжение усилителя представляет собой прямую линию. Если точка наушников выше линии напряжения, значит усилитель не обеспечивает нужного напряжения. Если точка ниже, то соответственно обеспечивает с дополнительным запасом по уровню.

Расчетная Delta показывает, насколько максимальный уровень громкости отличается от желаемого. Если значение Delta положительное (точка находится ниже серой линиии), то напряжения усилителя достаточно и оценка по отношению к верхней границе равна 5.

По пятибалльной шкале разница на 6 дБ отнимает единицу от оценки.


Для наушников HP1 с чувствительностью 113.00 дБ/В SPL.

Delta = 113.0 дБ/В SPL -6 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = -10.0 дБ.

Оценка = 5 - [10.0/6] = 5 - [1.7] = 5 - 2 = 3



Для наушников HP2 с чувствительностью 125.00 дБ/В SPL.

Delta = 125.0 дБ/В SPL -6 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = 2.0 дБ.

Запас по напряжению положительный в 2.0 дБ, оценка равна 5.



Для наушников HP3 с чувствительностью 95.00 дБ/В SPL.

Delta = 95.0 дБ/В SPL -6 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = -28.0 дБ.

Оценка = 5 - [28.0/6] = 5 - [4.7] = 5 - 5 = 0 => 1



Для наушников HP4 с чувствительностью 140.00 дБ/В SPL.

Delta = 140.0 дБ/В SPL -6 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = 17.0 дБ.

Запас по напряжению положительный в 17.0 дБ, оценка равна 5.




Если значение оценки получается менее 1, то для таблицы и подбора оценка ставится равной 1 (как минимальная оценка в школе).



The source is too loud

Многие современные устройства используют цифровую регулировку громкости, и при выставлении малого уровня фоновый шум на выходе не убавляется и становится заметным на фоне воспроизводимой музыки.

У устройств с аналоговым регулятором часто наблюдается разбалансировка громкости между правым и левым каналом из-за несовершенства типовых переменных резисторов, управляющий уровнем громкости. Для каждого усилителя назначается оптимальный диапазон регулировки громкости.

Если для верхней границы расчет идет для напряжения выбранного эквивалентного класса (по умолчанию - А), то для нижней границы расчет идет от максимального напряжения.

Delta = HP Sensitivity + Amp Voltage Max - SPL Optimal - Volume Optimal Range
где
  • HP Sensitivity - чувствительность наушников к напряжению
  • Amp Voltage Max – максимальный уровень напряжения усилителя в dBV
  • SPL Optimal – оптимальный требуемый уровень, рассчитанный ранее
  • Volume Optimal Range – диапазон регулировки громкости усилителя
Оценка = 5 -[Delta/6]



Your browser does not support Canvas В примере у нас усилитель с выходным уровнем напряжения 6 dBV. Дополнительно на графике отображена граница с учетом поправки регулировки громкости, которая ниже на 36 дБ. Именно с этой нижней границей и происходит сравнение.

Для наушников HP1 с чувствительностью 113.00 дБ/В SPL.

Delta = 113.0 дБ/В SPL + 6 dBV - 105 дБ SPL - 36 дБ = -22.0 дБ.

Запас по напряжению положительный в 22.0 дБ, оценка равна 5.



Для наушников HP2 с чувствительностью 125.00 дБ/В SPL.

Delta = 125.0 дБ/В SPL + 6 dBV - 105 дБ SPL - 36 дБ = -10.0 дБ.

Запас по напряжению положительный в 10.0 дБ, оценка равна 5.



Для наушников HP3 с чувствительностью 95.00 дБ/В SPL.

Delta = 95.0 дБ/В SPL + 6 dBV - 105 дБ SPL - 36 дБ = -40.0 дБ.

Запас по напряжению положительный в 40.0 дБ, оценка равна 5.



Для наушников HP4 с чувствительностью 140.00 дБ/В SPL.

Delta = 140.0 дБ/В SPL + 6 dBV - 105 дБ SPL - 36 дБ = 5.0 дБ.

Оценка = 5 - [5.0/6] = 5 - [0.8] = 5 - 1 = 4



Конечная оценка по напряжению учитывает оценку как по верхней границе, так и по нижней в виде минимального значения.




Analysis of the headphones impedance

Анализ сопротивления наушников и тока усилителя порказывает не столько грокость связки, сколько потенциал качества.

При анализе сопротивления наушников мы берем ранее рассчитанный оптимальный уровень громкости SPL Optimal и оцениваем источник по максимальному току, без учета напряжения.

Если есть запас по току, то будет оценка 5 по пятибалльной шкале. Если тока недостаточно, то оценка снижается.

Исходя из характеристик выходного тока усилителя определяем возможный уровень напряжения под нагрузками (сопротивлениями наушников) без учета максимального напряжения.

V Iout =20•Log10(100.001•IAMP/20•R HP)
где
  • IAMP - выходной ток усилителя под выбранным классом эквивалентной мощности в дБ(мА)
  • R HP – сопротивление наушников
Формула выглядит немного сложной, т.к. напряжение и ток выражены в дБ. Если сделать график линией по всему диапазону нагрузок, то это будет прямая наклонная линия.

Второй шаг - определяем необходимый уровень напряжения для наушников.

V Optimal = SPL Optimal - HP Sensitivity
где
  • HP Sensitivity - чувствительность наушников к напряжению
  • SPL Optimal – оптимальный требуемый уровень звукового давления

Теперь считаем разницу между V Iout и V Optimal.

Delta = V Iout - V Optimal

Если раница положительная, значит тока хватает и оценка 5. Если отрицательная, то:

Оценка = 5 -[Delta/6]



Your browser does not support Canvas
В примере у усилителя выходной ток равен 12 дБ(мА).

Для наушников HP1 с чувствительностью 113.0 дБ/В SPL и сопротивлением 50.0 Ом.

V Iout =20•Log10(0.001•1012.0 дБ(мА)/20•50.0 Ом)= -14.0 dBV
V Optimal = 105 dB SPL - 113 dB/V SPL = -8.0 dBV.
Delta = -14.0 dBV - ( -8 дБ) = -6.0 дБ.

Оценка = 5 - [6.0/6] = 5 - [1.0] = 5 - 1 = 4



Для наушников HP2 с чувствительностью 125.0 дБ/В SPL и сопротивлением 32.0 Ом.

V Iout =20•Log10(0.001•1012.0 дБ(мА)/20•32.0 Ом)= -17.9 dBV
V Optimal = 105 dB SPL - 125 dB/V SPL = -20.0 dBV.
Delta = -17.9 dBV - ( -20 дБ) = 2.1 дБ.

Запас по напряжению положительный в 2.1 дБ, оценка равна 5.



Для наушников HP3 с чувствительностью 95.0 дБ/В SPL и сопротивлением 300.0 Ом.

V Iout =20•Log10(0.001•1012.0 дБ(мА)/20•300.0 Ом)= 1.5 dBV
V Optimal = 105 dB SPL - 95 dB/V SPL = 10.0 dBV.
Delta = 1.5 dBV - ( 10 дБ) = -8.5 дБ.

Оценка = 5 - [8.5/6] = 5 - [1.4] = 5 - 2 = 3



Для наушников HP4 с чувствительностью 140.0 дБ/В SPL и сопротивлением 16.0 Ом.

V Iout =20•Log10(0.001•1012.0 дБ(мА)/20•16.0 Ом)= -23.9 dBV
V Optimal = 105 dB SPL - 140 dB/V SPL = -35.0 dBV.
Delta = -23.9 dBV - ( -35 дБ) = 11.1 дБ.

Запас по напряжению положительный в 11.1 дБ, оценка равна 5.




Mark of noise isolation headphones

The mark of headphones noise isolation depends from external conditions and requirements to noise isolation. For example, for a cyclist on the street among machines, noise insulation is contraindicated. In the subway in a noisy environment, noise insulation is a must. The final mark is the arithmetic mean of the three marks



it is a translation from the Russian language. Original text in Russian page.

You can help us with the correct translation into English.

Select incorrect text and press Ctrl+Enter, forum, facebook and feedback
Thank You!

 

Comments

No comments for this page.


Want to leave a comment or ask a question? Register now or log in