Таблица анализа и рекомендаций совместимости усилителя с наушниками
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:
- 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, 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 Xiaomi Redmi Note 4X PowerAmp на основе измеренных характеристик |
| Наушники |
Места использования наушников |
Напряжение без нагрузки макс F.A.Q. / в экв. классе А F.A.Q., dBV |
Ток в экв. классе А F.A.Q., дБ(мА) |
Необходимость шумоизоляции |
Итог |
| -4.75 /-4.75 |
9.17 |
|
|
Необходимость шумоизоляции
Чувствительность: 126 дБ/В SPL
Импеданс: 16 Ом
Тип акустического оформления: Закрытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Улица с активным движением транспорта |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Метро, Пассажирский транспорт |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
Внутриканальные или вставные
Чувствительность: 120 дБ/В SPL
Импеданс: 32 Ом
Тип акустического оформления: Открытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Улица с активным движением транспорта |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
| Метро, Пассажирский транспорт |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
2.3
★★☆☆☆ |
Полноразмерные низкоомные
Чувствительность: 115 дБ/В SPL
Импеданс: 32 Ом
Тип акустического оформления: Закрытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
1
★☆☆☆☆ |
3.7
★★★☆☆ |
| Офис и дом, где окружающие не должны слышать звук от наушников |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Улица с активным движением транспорта |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
1
★☆☆☆☆ |
3.0
★★★☆☆ |
| Метро, Пассажирский транспорт |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
5
★★★★★ |
3.7
★★★☆☆ |
Полноразмерные низкоомные
Чувствительность: 115 дБ/В SPL
Импеданс: 32 Ом
Тип акустического оформления: Открытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
5
★★★★★ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
| Улица с активным движением транспорта |
5
★★★★★ |
3
★★★☆☆ |
5
★★★★★ |
3.7
★★★☆☆ |
| Метро, Пассажирский транспорт |
4
★★★★☆ |
2
★★☆☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
1.7
★☆☆☆☆ |
Полноразмерные высокоомные
Чувствительность: 105 дБ/В SPL
Импеданс: 300 Ом
Тип акустического оформления: Открытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5
★★★★★ |
5.0
★★★★★ |
| Улица с активным движением транспорта |
4
★★★★☆ |
4
★★★★☆ |
5
★★★★★ |
4.3
★★★★☆ |
Полноразмерные низкочувствительные
Чувствительность: 95 дБ/В SPL
Импеданс: 60 Ом
Тип акустического оформления: Открытый
|
Дом или студия, где звук из наушников никому не мешает |
3
★★★☆☆ |
1
★☆☆☆☆ |
5
★★★★★ |
2.3
★★☆☆☆ |
Оптимальная громкость
Связка из наушников и источника является идеальной, если возможно получить оптимальную громкость для прослушивания музыки.
Параметры
чувствительности наушников
и мощности усилителя выражаются не к музыкальному сигналу, а к синусу, что порой дает искаженную картину, когда мы рассчитываем звуковое давление для музыки напрямую по мощности усилителя и чувствительности наушников.
Например, 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 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.
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.
SPL
Optimal = 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 (закрытого 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]
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
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]
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.
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.
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.
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.
- 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.
Итоговая оценка является средним арифметическим трех оценок
Подробнее
Справочный материал сделан создателем проекта RAA Романом Кузнецовым.
Каждый справочный материал, это развернутый ответ на вопрос от посетителя сайта. Или текст, который мог бы повторятся из обзора в обзор и за счет оформления отдельным материалом позволяет сделать обзоры более компактными.
Кузнецов Роман
Основатель RAA
Информация для авторов. Вы можете свободно использовать графики в своих статьях с ссылкой на нас.
Комментарии
Нет комментариев к этой странице.
