Таблица анализа и рекомендаций совместимости наушников с усилителем в Reference Audio Analyzer
F.A.Q. / Наушники и усилители - взаимодействие

Таблица анализа и рекомендаций совместимости наушников с усилителем

О таблице совместимости и рекомендаций

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: 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, а на гусеничном 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 -18dBV/6дБ(мА), С/Ш 105 дБ:

Смартфон
плеер
планшет
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 2
★★☆☆☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
3.3
★★★☆☆
Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников 2
★★☆☆☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
3.3
★★★☆☆
Улица с активным движением транспорта 1
★☆☆☆☆
4
★★★★☆
3
★★★☆☆
2.7
★★☆☆☆
Метро, Пассажирский транспорт 1
★☆☆☆☆
3
★★★☆☆
3
★★★☆☆
2.3
★★☆☆☆
Источник средней мощности 6dBV/30дБ(мА), С/Ш 120 дБ:
компьютер со звуковой картой
плеер Hi-Fi
портативный усилитель
микшерный пульт
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆
Метро, Пассажирский транспорт 4
★★★★☆
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.0
★★★★☆
Запись голоса или инструмента в студии 5
★★★★★
5
★★★★★
3
★★★☆☆
4.3
★★★★☆
Мощный источник 18dBV, С/Ш 120 дБ:

Домашняя система с усилителем для наушников
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
★★★★☆





Оптимальная громкость

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 99 дБ SPL, если суммировать выставленное напряжение на выходе усилителя с чувствительностью наушников.



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.



Анализ оценки чувствительности наушников и напряжения усилителя


Оптимальный уровень громкости в 99 дБ SPL (SPL Optimal basic) 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 (закрытого типа), 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 коэффициента на 6 дБ.

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

где
  • SPL Optimal basic = оптимальный исходный уровень 99 дБ SPL
  • K Environment – коэффициент шумности обстановки
  • N Noise cancellation – поправка от шумоизоляции наушников

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

В примерах ниже будут рассматриваться условия высокого окружающего шума с наушниками закрытого типа.

Может быть два варианта плохой совместимости по выходному напряжению усилителя: источник тихий или излишне громкий. И дополнительно плохая совместимость по выходному току, если потребление тока наушниками выше, чем это может обеспечить усилитель в заданном режиме качества.

Когда идет оценка достаточности усилителя, то часто обращают внимание на мощность. Но мощность как таковая состоит из величин напряжения и тока, которые по своей сути отвечают за разные явления.

Напряжение отвечает в первую очередь за выставление уровня громкости. Регулятор громкости всегда регулирует именно напряжение. Никаким образом нельзя изменить громкость через добавление отдельно тока при неизменном напряжении.

В зависимости от сопротивления наушников и поданного на них напряжения, усилитель будет отдавать ток. Так как сопротивление наушников является постоянной величиной, то усилитель будет отдавать ток пропорционально напряжению, где коэффициентом этой пропорции будет обратная величина сопротивления наушников I=U/R.

Если выставить уровень напряжения, при котором усилитель не сможет выдать необходимый уровень тока, то качество звука ухудшится.

По этой причине за совместимость по громкости отвечает сочетание чувствительности наушников к напряжению.




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

SPLOptimal = 99 дБ SPL + 2•6 дБ –6 дБ = 105 дБ SPL


Источник тихий или низкая чувствительность наушников

Источник для конкретных наушников тихий и не может обеспечить необходимый уровень громкости. Или можно сказать, что наушники обладают низкой чувствительностью и с конкретным усилителем не могут обеспечить необходимый уровень громкости.

В этом случае необходимо вычислить разницу между возможностями связки из источника и наушников и оптимальным уровнем звукового давления, который ожидается от этой связки.

По ряду причин, верхняя граница оценивается более критично с запасом Gain в 12 дБ.

Иногда музыка бывает тихо записана. Или наушники могут обладать V-образной АЧХ с приглушенным диапазоном в области вокала и это требует большего усиления для слышимости диалогов в фильмах.

При тестировании усилителей определяются пороги качества, где учитывается характер спектра от уровня амплитуды. В общем случае связка оценивается для порога эквивалентного класса А.

Delta = HP Sensitivity + Amp Voltage Class - SPL Optimal - Gain Plus
где
  • HP Sensitivity - чувствительность наушников к напряжению
  • Amp Voltage Class – максимальный уровень напряжения в dBV выбранного эквивалентного класса
  • SPL Optimal – оптимальный требуемый уровень, рассчитанный ранее
  • Gain Plus – поправка на запас по амплитуде
Оценка = 5 -[Delta/6]



Ваш браузер не поддерживает Canvas
В примере у нас усилитель с выходным уровнем напряжения -6 dBV. Дополнительно на графике отображена граница с учетом поправки Gain Plus, которая ниже на 12 дБ.



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).



Источник громкий или высокая чувствительность наушников

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]



Ваш браузер не поддерживает 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.




Анализ сопротивления наушников и выходного тока усилителя

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]



Ваш браузер не поддерживает 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.




Оценка по шумоизоляции

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. Итоговая оценка является средним арифметическим трех оценок



Комментарии

Нет комментариев к этой странице


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