Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в Reference Audio Analyzer

F.A.Q. / Наушники и усилители - взаимодействие

Амплитудно-частотная характеристика при взаимодействии импедансов усилителя и наушников

Электрическая схема и формулы

Рассмотрим подробно влияние взаимосвязи сопротивлений наушников и усилителя на общее звучание.

В типовой упрощенной электрической схеме из источника тока и сопротивления нагрузки RHeadphones мы имеем дело с дополнительным сопротивлением RAmplifier.

Само сопротивление принято называть импедансом или полным выходным сопротивлением усилителя. Более сложное название подчеркивает, что сопротивление может быть непостоянным и меняться в зависимости от частоты т.к. помимо активного сопротивления в нем содержится и реактивное. Это справедливо как для сопротивления наушников, так и усилителя. В более серьезном представлении импеданс обозначается не через букву R, а Z. Но в данном случае мы рассматриваем общие основы и делаем ряд упрощений.


электрическая схема в упрощенном виде


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

Закономерный вопрос, как именно это происходит? Вернемся в электрической схеме и школьному курсу физики, и составим уравнение как для напряжения на наушниках UHeadphones, так и изменение уровня в дБ.

Из-за сопротивления усилителя будет дополнительное падение напряжения в цепи, зависящее от сопротивления нагрузки (в данном случае наушников). Две основные зависимости:





Примеры


Наушники с постоянным сопротивлением


Для примера включим усилитель и выставим уровень равный 1 VRMS (0 dBV).

Если у усилителя выходное сопротивление 300 Ом во всем воспроизводимом частотном диапазоне, то при подключении наушников с сопротивлением в 32 Ом на выходе будет не 1 В, а всего 0.096 В (или -20 dBV). Таким образом, уровень громкости будет снижен на 20 дБ.

Графики напряжений для усилителей с любым выходным сопротивлением наушников можно построить отдельно в сервисе "Напряжение и чувствительность". В примере усилитель с напряжением без нагрузки в 0 dBV и выходным сопротивлением 300 Ом показан пунктирной линией. Настраивается в "усилитель по параметрам".

Как считать?

Подставляем данные по формулам:

Напряжение в VRMS, где:
  • 1 VRMS - напряжение без нагрузки
  • 32 Ом - сопротивление наушников
  • 300 Ом - сопротивление усилителя
0.096 = 1*32/(32+300)

Отклонение в дБ:
-20.3 = 20*Log10(32/(32+300))

В сервисе "АЧХ и SPL от параметров усилителя" можно поэкспериментировать с разными наушниками и величиной выходного сопротивления наушников. В примере по ссылке HiFiMan Re400.


Наушники с непостоянным сопротивлением

Если у усилителя и наушников сопротивление постоянное, то все взаимное влияние проявляется лишь в изменении громкости и не заметно на АЧХ. Знание о снижении напряжения на выходе в таких случаях помогают лишь понять разные возможности по максимально возможной громкости связки из усилителя и наушников.

Но ряд моделей наушников обладают неравномерным графиком импеданса и снижение уровня происходит неравномерно в разных частотный диапазонах.

В примерах показаны варианты из сервисов "АЧХ и SPL от параметров усилителя" для примера падения напряжения и неравномерном снижении графика АЧХ и варианты из сервиса "Сравнение АЧХ/SPL связок из наушников и усилителей" для наглядного изменения АЧХ, когда громкость выравнивается к одному уровню и заметно лишь изменение АЧХ.

По клику на график будет переход в соответствующий on line сервис.


Наушники с динамическим излучателем полноразмерного типа

В полноразмерных наушниках динамического типа можно встретить подъем на кривой импеданса. В наушниках внутриканального типа импеданс как правило не содержит подъема в области низких частот.

В полноразмерных наушниках динамического типа можно встретить подъем на кривой импеданса в области низких частот. При подключении к усилителю с высоким выходным сопротивлением звучание воспринимается более басовитым.


В примере для падения напряжения и снижения уровня АЧХ в примере используются наушники Kennerton Vali и усилители с различным сопротивлением:


Наушники с арматурным излучателем внутриканального типа c одним драйвером

Наушники арматурного обладают характерной кривой импеданса. Обычно у однодрайверных арматурных моделей сопротивление увеличивается в области высоких частот.


В примере для падения напряжения и снижения уровня АЧХ в примере используются наушники Grado GR 10 и усилители с различным сопротивлением:


Многодрайверные наушники внутриканального типа

Многодрайверные наушники могут обладать совершенно непредсказуемым графиком импеданса. Многодрайверные наушники могут быть как арматурного, так и гибридного типа (многодрайверные модели с использованием динамических и арматурных излучателей).


В примере для падения напряжения и снижения уровня АЧХ в примере используются наушники M-Audio IE 40 и усилители с различным сопротивлением:


Неравномерный импеданс у усилителей

Обычно у усилителей ровный импеданс, но иногда, например у моделей с однополярным питанием, на выходе стоит конденсатор для выравнивания нуля. График импеданса обладает подъемом в области низких частот, что в свою очередь приводит к снижению баса у низкоомных наушников.

В примере выбрано три источника с таким типом усилителя: Laconic LunchBox H-Amp, Colorful Colorfly C4 Pro и Fly FS504 Cirrus 2.

Chord Hugo TT в примере выступает как усилитель, который не влияет на конечную АЧХ.










Внедрено в RAA

Как видно выше, формулы для расчета не слишком сложные и дают достаточно интересную информацию, которая способна частично пояснить разницу звучания наушников в разных связках. Только в Reference Audio Analyzer эта взаимосвязь была популяризована и обобщена. Если раньше это звучало как "АЧХ как-то изменится", то теперь это наглядные конкретные данные в отчетах и on line сервисах прямого сравнения.

Для большей наглядности в типовых отчетах, был проведен анализ импедансов наушников и усилителей, выбраны наиболее часто встречаемые варианты и добавлены в отчеты как "типовые".






Комментарии



1000000xp
2019-01-12 02:03:06

Комментарий к обзору: Электрическая схема и формулы взаимодействия импедансов усилителя и наушников
Извиняюсь, но использование вами графиков арматурно-якорных gr10 (с их кривым импедансом) дает крайне смутную картину в представлении влияния демпинга на ачх. Почему бы не использовать устройство с динамическими излучателями и ровным импедансом. Буду благодарен если дополните статью еще одним графиком.
Ответ


romanrex
2019-01-12 19:55:25

Комментарий к обзору: Электрическая схема и формулы взаимодействия импедансов усилителя и наушников

1000000xp 2019-01-12 02:03:06
Комментарий к обзору: Электрическая схема и формулы взаимодействия импедансов усилителя и наушников
Извиняюсь, но использование вами графиков арматурно-якорных gr10 (с их кривым импедансом) дает крайне смутную картину в представлении влияния демпинга на ачх. Почему бы не использовать устройство с динамическими излучателями и ровным импедансом. Буду благодарен если дополните статью еще одним графиком.


Материал обновлен, добавлены примеры с динамическими и многодрайверными наушниками. Дополнительно добавлно влияние усилителей с кривым импедансом.

Примеры не только в виде картинок, но и с прямыми ссылками в сервисы, где можно выбрать другие модели для примеров.
Ответ


1000000xp
2019-01-17 04:54:49

Комментарий к обзору: Электрическая схема и формулы взаимодействия импедансов усилителя и наушников

romanrex 2019-01-12 19:55:25
Комментарий к обзору: Электрическая схема и формулы взаимодействия импедансов усилителя и наушников
Материал обновлен, добавлены примеры с динамическими и многодрайверными наушниками. Дополнительно добавлно влияние усилителей с кривым импедансом.

Примеры не только в виде картинок, но и с прямыми ссылками в сервисы, где можно выбрать другие модели для примеров.


AVE!
Ответ


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