Таблица анализа и рекомендаций совместимости наушников с усилителем

Для тех, кто еще не разбирается в графиках или хочет увидеть краткий анализ на «простом языке» в RAA был разработан алгоритм расчета совместимости источников и наушников. Эта таблица - первый шаг к созданию упрощенного отчета, разделяя отчет для простого пользователя и отчет для профессионала.

Такой алгоритм стал возможен за счет:

• Измерения чувствительности наушников и мощностных характеристик источников.
• Определения средних статистических данных для разных наушников и источников.
• Прямого сравнения наушников вживую и сопоставления полученных данных после измерений.

От идеи таблицы «а раскачает ли мой Hi-Fi плеер мои наушники» до конечной реализации ушло примерно три года. И постепенно алгоритм совершенствуется под современные продукты.

В общей таблице представлены наиболее часто распространенные варианты источников звука и области применения наушников. Рейтинг совместимости аналогичен анализу автомобиля по его клиренсу – по какой дороге автомобиль будет оптимально ехать без оценки класса автомобиля. На гоночном болиде формулы 1 сложно доехать до дачи по грунтовой дороге, и на гусеничном дорогом вездеходе глупо ехать по скоростной магистрали.

Таблица позволяет оценить наиболее полное раскрытие потенциала наушников при использовании в связке устройств аналогичного класса, но с разными параметрами мощности.

Анализ и рекомендации для ASTRO Gaming A40 на основе измеренных характеристик
Источники (к чему подключаются наушники)	Места использования наушников	Чувствительность	Импеданс	Тип акустического оформления	Итог
		113.30 дБ/В SPL	62.22 Ом	Полу-закрытый
Слабомощный источник -6dBV/15дБ(мА): Смартфон плеер планшет Примеры	Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
	Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
	Улица с активным движением транспорта	5 ★★★★★	4 ★★★★☆	3 ★★★☆☆	4.0 ★★★★☆
	Метро, Пассажирский транспорт	4 ★★★★☆	3 ★★★☆☆	3 ★★★☆☆	3.3 ★★★☆☆
Источник средней мощности 6dBV/27дБ(мА): компьютер со звуковой картой плеер Hi-Fi портативный усилитель микшерный пульт Примеры	Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
	Метро, Пассажирский транспорт	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
	Запись голоса или инструмента в студии	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
Мощный источник 18dBV: Домашняя система с усилителем для наушников Примеры	Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆
	Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников	5 ★★★★★	5 ★★★★★	3 ★★★☆☆	4.3 ★★★★☆

В примере ниже будут рассматриваться условия для источника низкой мощности с выходным уровнем -6 dBV, 15 дБ(мА) (5.6234132519035 мА) в условиях высокого окружающего шума и необходимой шумоизоляции.

Связка из наушников и источника является идеальной, если возможно получить оптимальную громкость для прослушивания музыки.

Параметры чувствительности наушников и мощность усилителя выражаются не к музыкальному сигналу, а к синусу, что дает искаженную картину, когда мы рассчитываем звуковое давление для музыки по мощности усилителя и чувствительности наушников.

Мы выставили комфортную громкость и после определили, с каким уровнем это соотносится для характеристик наушников и усилителей. При фиксируемых значениях шумомера в среднем в 85-90 дБ SPL получился эквивалент 110 дБ SPL, если суммировать выставленное напряжение на выходе усилителя с чувствительностью наушников.

Оптимальный уровень громкости мы определили для идеальных условий, когда нет внешнего шума. В реальности же обстановка бывает разной и под каждую конкретную ситуацию вносится поправка.

Если наушники с шумоизоляцией, то уровень уменьшается на 6 дБ, а при частичной шумоизоляции на 3 дБ.

Окружающая обстановка оценивается коэффициентом от 0 до 2. Далее прибавляется к оптимальному уровню через умножение коэф. на 6 дБ.

Optimal = SPL_Optimal + Environment•6 - Noise cancellation

Получив значение оптимального уровня, делаем оценку возможностей источника, исходя из его мощностных параметров.

У нас может быть два варианта плохой совместимости: источник тихий или излишне громкий.

Например для наушников с частичной шумоизоляцией (полу-открытого типа) в шумной обстановке в виде метро оптимальный уровень громкости будет:

Optimal = 110 дБ SPL + 2•6 дБ – дБ = 122 дБ SPL

Источник тихий и не может обеспечить с конкретными наушниками необходимый уровень громкости.

Вычисляем разницу между возможностями источника и оптимальным уровнем.

Delta = Sensitivity + Amp Voltage - Optimal
Оценка = 5 +[Delta/6]

Например для наушников с чувствительностью 113.3 дБ/В SPL и плеером с уровнем -6 dBV будет:

Delta = 113.3 дБ/В SPL + -6 dBV - 122 дБ SPL = -14.7 дБ

Таким образом, максимальный уровень громкости отличается от желаемого на -14.7 дБ.

Оценка = 5-[ 14.702875873197/6] = 5-[2.4504793121995] =5 -2 = 3

По пятибалльной шкале разница на 6 дБ отнимает единицу.

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.

Если полученная ранее Delta является положительной и не более 20 дБ, то оценка 5 по пятибалльной шкале. Свыше 20 дБ оценка уменьшается на единицу на каждые 6 дБ.

Оценка = 5-[(Delta – 20)/6]

К примеру, если бы Delta была равна 30 дБ, то оценка была бы равной 4.

Оценка = 5- [(30-20)/6] = 5- [10/6] = 5-[1.6666666666667] = 5-1 = 4

При анализе сопротивления наушников мы берем ранее рассчитанный оптимальный уровень громкости Optimal (см. выше Анализ оценки чувствительности наушников) 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. В тех случаях, когда недостаточно уровня тока, звучание источника становится менее качественным.

Для начала считаем необходимый уровень напряжения у источника
dBV = Optimal - Sensitivity
В нашем примере это будет: 113.3 дБ/В SPL - 122 дБ SPL = 8.7 dBV

Переводим напряжение из dBV в В.

V = 10^8.7dBV/20 = 2.7 В rms (можно воспользоваться on-line калькулятором)

Теперь считаем ток
I_Optimal = 1000•V/R
I_Optimal =1000* 2.7236029359426 В/ 62.2212304347826 Ом = 43.8 мА

Сравниваем ток с максимальным для источника в дБ. Допустим, у нас маломощный сматрфон с выходным током не более 5.6234132519035 мА (при работе эквивалентно классу А)

Отношение токов будет равно:
Delta_I = 20•Log₁₀(I_Sours/I_Optimal) = 20•Log₁₀(5.6234132519035 мА/43.8 мА) = -17.8 дБ

По аналогии с напряжением вычисляем оценку, где уменьшение на 6 дБ отнимает единицу

Оценка = 5 -[Delta/6] = 5+[-17.8/6] = 5-[-2.970683995198] = 5 - 2 = 3

Оценка по шумоизоляции выставляется в зависимости от внешних условий, и от того нужна ли шумоизоляция для примения данных наушников в этих условиях. Например, для велосипедиста на улице среди машин шумоизоляция противопоказана. В метро, в шумной обстановке, шумоизоляция обязательна.

• Если у наушников есть шумоизоляция и она нужна, то оценка 5.
• Если есть шумоизоляция и она не нужна или наоборот нет шумоизоляции и она нужна, то оценка 1.
• Для наушников с частичной шумоизоляции оценка 3.

В нашем примере наушники semi-open и шумоизоляция нужна, соответственно оценка 3

Итоговая оценка является средним арифметическим трех оценок:
Итоговая оценка = (3 + 3 +3)/3 = 3.0