Таблица анализа и рекомендаций совместимости усилителя с наушниками
О таблице совместимости и рекомендаций
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:
- Measuring the sensitivity of headphones and power characteristics of sources.
- Determination of the average statistical data for different headphones and sources (amplifiers).
- Direct comparison of headphones live and comparison of the received data after measurements.
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 Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp based on the measured characteristics |
| Headphones |
Areas of using headphones |
Voltage Not loaded Max F.A.Q. / in equal class A F.A.Q., dBV |
Current in equal class AF.A.Q., dB(mA) |
Noise Isolation Necessity |
Total |
| -4.75 /-4.75 |
9.17 |
|
|
Noise Isolation Necessity
Sensitivity: 126 dB/V SPL
Impedance : 16 ohm
The type of acoustic design: Closed
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Office and home, where people should not hear the sound from the headphones |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Street with active traffic |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Metro (subway), public transport |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
In-Ear or Tablet
Sensitivity: 120 dB/V SPL
Impedance : 32 ohm
The type of acoustic design: Open
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Office and home, where people should not hear the sound from the headphones |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Street with active traffic |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
| Metro (subway), public transport |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
2.3
★★☆☆☆ |
Over-ear Low impedance
Sensitivity: 115 dB/V SPL
Impedance : 32 ohm
The type of acoustic design: Closed
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Office and home, where people should not hear the sound from the headphones |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Street with active traffic |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
1
★☆☆☆☆ |
3.0
★★★☆☆ |
| Metro (subway), public transport |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
5
★★★★★ |
3.7
★★★☆☆ |
Over-ear Low impedance
Sensitivity: 115 dB/V SPL
Impedance : 32 ohm
The type of acoustic design: Open
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
| Street with active traffic |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
5
★★★★★ |
3.7
★★★☆☆ |
| Metro (subway), public transport |
4
★★★★☆ |
2
★★☆☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
1.7
★☆☆☆☆ |
Over-ear Hi impedance
Sensitivity: 105 dB/V SPL
Impedance : 300 ohm
The type of acoustic design: Open
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Street with active traffic |
4
★★★★☆ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
Over-ear Low Sensitivity
Sensitivity: 95 dB/V SPL
Impedance : 60 ohm
The type of acoustic design: Open
|
Home or studio, where sound from the headphones does not bother anyone |
3
★★★☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
5
★★★★★ |
2.3
★★☆☆☆ |
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 сервисе сравнения
напряжение и чувствительность
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 пик-фактор 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.
SPL
Optimal = SPL
Optimal 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 (closed 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]
В примере показаны границы для усилителя. Точкой показано напряжение, которое нужно подать на наушники для получения SPL
Optimal. Серая линия - без запаса Gain. Красная линия выше - это напряжение с запасом Gain. Именно с этим уровнем напряжения и идет сравнение верхней границы и способность усилителя обеспечить необходимую громкость. Серой точкой отмечен вариант, когда запас Gain закладывается не в напряжение усилителя, а чувствительность наушников.
Таким образом, в примере выше, у нас чувствительность наушников 98.0 дБ/В SPL и для звукового давления 105 дБ/В SPL нам надо подать напряжение 7 dBV (это серая линия). С учетом дополнительного запаса в 12 дБ у усилителя выходное напряжение должно быть не менее 19 dBV (это красная линия).
Для усилителя AMP1 с напряжением 1.9 dBV под нагрузкой 50.0 Ом.
Delta = 98.0 дБ/В SPL + 1.9 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = -17.1 дБ.
Оценка = 5 - [17.1/6] = 5 - [2.8] = 5 - 3 = 2
Для усилителя AMP2 с напряжением 7.9 dBV под нагрузкой 50.0 Ом.
Delta = 98.0 дБ/В SPL + 7.9 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = -11.1 дБ.
Оценка = 5 - [11.1/6] = 5 - [1.8] = 5 - 2 = 3
Для усилителя AMP3 с напряжением 23.4 dBV под нагрузкой 50.0 Ом.
Delta = 98.0 дБ/В SPL + 23.4 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = 4.4 дБ.
Запас по напряжению положительный в 4.4 дБ, оценка равна 5.
Для усилителя AMP4 с напряжением -11.6 dBV под нагрузкой 50.0 Ом.
Delta = 98.0 дБ/В SPL -11.6 dBV - 105 дБ SPL - 12 дБ = -30.6 дБ.
Оценка = 5 - [30.6/6] = 5 - [5.1] = 5 - 5 = 0 => 1
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]
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 + 6.0 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 + 6.0 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 + 6.0 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 + 6.0 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.
U
Iout =20•Log
10(10
0.001•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.
U
Optimal = SPL
Optimal - HP
Sensitivity
где
- HP Sensitivity - чувствительность наушников к напряжению
- SPL Optimal – оптимальный требуемый уровень звукового давления
Теперь считаем разницу между U
Iout и U
Optimal.
Delta = U
Iout - U
Optimal
Если раница положительная, значит тока хватает и оценка 5. Если отрицательная, то:
Оценка = 5 -[Delta/6]
Усилитель AMP1 с уровнем тока 100 дБ(мА) и
наушники с чувствительностью 110.0 дБ/В SPL и сопротивлением 50.0 Ом.
U Iout =20•Log10(0.001•10100.0 дБ(мА)/20•50.0 Ом)= 74.0 dBV
U Optimal = 105 dB SPL - 110 dB/V SPL = -5.0 dBV.
Delta = 74.0 dBV - ( -5 дБ) = 79.0 дБ.
Запас по напряжению положительный в 79.0 дБ, оценка равна 5.
Усилитель AMP2 с уровнем тока 100 дБ(мА) и
наушники с чувствительностью 110.0 дБ/В SPL и сопротивлением 50.0 Ом.
U Iout =20•Log10(0.001•10100.0 дБ(мА)/20•50.0 Ом)= 74.0 dBV
U Optimal = 105 dB SPL - 110 dB/V SPL = -5.0 dBV.
Delta = 74.0 dBV - ( -5 дБ) = 79.0 дБ.
Запас по напряжению положительный в 79.0 дБ, оценка равна 5.
Усилитель AMP3 с уровнем тока 100 дБ(мА) и
наушники с чувствительностью 110.0 дБ/В SPL и сопротивлением 50.0 Ом.
U Iout =20•Log10(0.001•10100.0 дБ(мА)/20•50.0 Ом)= 74.0 dBV
U Optimal = 105 dB SPL - 110 dB/V SPL = -5.0 dBV.
Delta = 74.0 dBV - ( -5 дБ) = 79.0 дБ.
Запас по напряжению положительный в 79.0 дБ, оценка равна 5.
Усилитель AMP4 с уровнем тока 100 дБ(мА) и
наушники с чувствительностью 110.0 дБ/В SPL и сопротивлением 50.0 Ом.
U Iout =20•Log10(0.001•10100.0 дБ(мА)/20•50.0 Ом)= 74.0 dBV
U Optimal = 105 dB SPL - 110 dB/V SPL = -5.0 dBV.
Delta = 74.0 dBV - ( -5 дБ) = 79.0 дБ.
Запас по напряжению положительный в 79.0 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.
- If the headphones have noise isolation and it is needed, then the mark is 5.
- If there is noise isolation and it is not needed or vice versa, there is no noise isolation and it is needed, then a mark is 1.
- For headphones with a partial noise isolation mark is 3.
The final mark is the arithmetic mean of the three marks
