Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) в Reference Audio Analyzer

Чувствительность наушников

Параметр чувствительности отображает зависимость уровня «громкости» наушников от уровня поданного на наушники сигнала. Чем выше значение чувствительности, тем более громко будут играть наушники от фиксированного уровня сигнала.

Звуковое давление выражается в дБ SPL (Sound Pressure Level), где за 0 дБ SPL общепринято 20 мкПа - порог слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц.

Там, где график АЧХ не выражает чувствительность, значения приводятся просто к дБ без "SPL", а за 0 дБ берется значение на выбранной частоте или среднее по диапазону частот. Это аналогично определению высоты относительно уровня моря (как SPL) и относительно пола в квартире (где у пола нулевая высота).

Единицы измерения


Обычно чувствительность наушников выражается в дБ SPL к 1 мВт или к 1 В.

Под сокращенным "В" в контексте чувствительности всегда подразумевается переменное значение напряжения VRMS. В сокращенных вариантах может применяться и просто как "V". Так как в русском языке нет устоявшегося аналога аббривеатуры RMS (Root Mean Square), то обычно и указывается как VRMS вместо ВСКЗ.

Значение к мощности (дБ/мВт SPL) отражает КПД (коэф. полезного действия) наушников по отношению к затраченной энергии и в современном мире портативных плееров и смартфонов - к расходу батареи. Чем выше чувствительность наушников к мощности, тем меньше расход энергии и дольше работает источник.

Значение к напряжению (дБ/В SPL) отражает сравнительную «громкость» наушников при подключению к усилителю без учета, сколько в конечном итоге энергии будет потрачено.

Перевести значение чувствительности, выраженной от мощности к напряжению и наоборот, можно в специальном on-line калькуляторе.

В контексте чувствительности может и отсутсвовать приставка "SPL" к дБ/мВт и дБ/В.


Очень часто чувствительность на упаковке указывают просто в дБ, что делает это значение бессмысленным. Это примерно как "длина равна 6". И что это: 6 метров, сантиметров, дюймов или миль, гадать остается пользователю.

К сожалению, дизайнеры упаковок и копирайтеры предполагают, что значение чувствительности всегда указывается в единой стандартной величине, но это не так. По статистике 50% указывается к 1 мВт, 40% к 1 VRMS и 10% к иному значению (например к 300 мВ или другому значению напряжения или мощности). Региональной или иной зависимости, как с метрами и ярдами, килограммами и фунтами, градусами Цельсия и Кельвина - нет.


Чувствительность и график АЧХ



График чувствительности представляет собой амплитудно-частотную характеристику F.A.Q., построенную к опорному синусоидальному сигналу 1 VRMS.

Конечное значение чувстительности будет зависеть от варианта подсчета по графику АЧХ.

Чувствительность может быть определена:
  • Для конкретной частоты.
  • Средняя в произвольно выбранном диапазоне.
  • Максимальная в произвольно выбранном диапазоне.
Для наушников по стандартам AES и ГОСТ используется частота в 500 Гц, в то время как многим привычна частота в 1 кГц по аналогии с акустическими системами. Так как АЧХ наушников зачастую имеет высокую неравномерность, то для оценки громкости больше подходит среднее значение в полосе частот.

В отчетах Reference Audio Analyzer основной характеристикой является среднее значение, остальные значения приводятся в таблице профессионального отчета.


Взаимосвязь чувствительности и усилителя

Чувствительность наушников выражают как звуковое давление к опорному сигналу. Например, 118 дБ/В SPL. Это означает, что наушники разовьют звуковое давление в 118 дБ SPL при подаче 1 VRMS (или 0 dBV, где dBV - это напряжение в децибелах).

Самое главное, что мы можем напрямую складывать и вычитать значение чувствительности и напряжения, выраженных в дБ.

В примере мы взяли наушники с чувствительностью в 118.8 дБ/В SPL. Если подать напряжение 1 VRMS = 0 dBV, то мы получим исходную характеристику чувствительности этих наушников. На графике это черная кривая. Уровень звукового давления в 118.8 дБ SPL – это среднее значение звукового давления в частотном диапазоне 100 Гц – 10 кГц.

Если мы подадим напряжение в 2 VRMS = 6 dBV, то получим оранжевую линию, которая на 6 дБ выше. Среднее значение звукового давления будет как 118.8 дБ/В SPL + 6 dBV = 124.8 дБ SPL. При двукратном увеличении напряжения или уменьшении линия будет смещаться на 6 дБ.

Если наоборот снизим уровень на выходе усилителя до 0.5 VRMS = -6 dBV, то получим голубую линию, которая будет на уровне 112.8 дБ SPL. Если подадим напряжение на уровне -20 dBV (0.1 VRMS), то получим сиреневую линию на уровне 98.8 дБ SPL.




В on-line сервисе "cравнение звукового давления у наушников в зависимости от подаваемого напряжения усилителя" можно выбрать конкретные наушники из базы измерений и назначить им усилитель c произвольно назначенным напряжением на выходе. Для данного примера сопротивление усилителей выбирается как 0 Ом. Попробуйте!


Чувствительность наушников к произвольной величине

Иногда можно встретить значение чувствительности не к 1 VRMS, а другому значению напряжения. Например для 118.8 дБ/В SPL будет равнозначное значение в виде 124.8 дБ/2VRMS SPL, которое означает, что при 2 VRMS будет звуковое давление в 124.8 дБ SPL. Или альтернативный вариант 98.8 дБ/0.1VRMS SPL, где при 0.1 VRMS будет 98.8 дБ SPL.

Такие обозначения встречается редко и применяются случаях:
  • Предполагается, что наушники будут работать в паре с определенным источником (например 2 VRMS) и тем самым указывается одновременно и чувствительность наушников и их максимальное значение звукового давления от связки с этим усилителем.
  • Вместо 1 мВт указывается соответствующее 1 мВт значение напряжения. Например, значение напряжения для 1 мВт для наушников 24 Ом это будет равным 0.15 VRMS. Но чаще такое можно встретить при указании чувствительности динамиков для автомобилей, где напряжение указано для мощности, кратной 1 Вт и для динамиков с сопротивление 8 Ом чувствительность приводится к напряжению 2.8 VRMS.
  • В целях конспирации, когда надо указать более высокое или наоборот более низкое значение. Примерно, как более привлекательная стоимость пакета сахара, где вместо 1 кг насыпано 900 г и его стоимость получается дешевле, хотя при пересчете на 1 кг это не так. А "невнимательный покупатель" покупает совсем не то, что рассчитывал. "Занижают" значение чувствительности обычно для стран Европы, где сильно пекутся о вреде слуха от громкого прослушивания и соответственно могут "наехать" на производителя за "слишком громкие наушники". А завышают значения там, где надо "обогнать конкурента".
Если встретилось значение чувствительности не к 1 VRMS а другому значению напряжени, то надо перевести это значение в dBV и отнять от указанного. Например, 110 дБ/0.3В SPL = 110 дБ - (-10.45 dBV) = 120.45 дБ/В SPL.

Если встретилось значение к произвольной мощности, то сначала надо значение мощности перевести напряжение.

Например, 95 дБ/0.2мВт SPL при 60 Ом. 0.2 мВт на 60 Ом = 0.1 VRMS или -19 dBV. Соответственно чувствительность наушников будет равна 95 дБ/0.2мВт SPL - (-19 dBV) = 114 дБ/В SPL.

Если делать расчет для чувствительности к мощности, то мощность надо переводить не к dBV, а dBm. 0.2 мВт на 60 Ом = -7 dBm. Соответственно чувствительность наушников будет равна 95 дБ/0.2мВт SPL -(-7 dBm) = 102 дБ/мВт SPL.


Сравнение наушников по громкости

Для того, что бы сравнить уровни громкости двух наушников достаточно напрямую оперировать значениями чувствительности к напряжению. Наушники с чувствительностью 106 дБ/В SPL будут на 4 дБ громче наушников с чувствительностью 102 дБ/В SPL.

При сравнении наушников с чувствительностью к мощности, надо делать поправку на значение сопротивления или пересчитывать чувствительность к напряжению. Сравнивать чувствительность к мощности напрямую можно только в том случае, если у наушников одинаковое сопротивление.

Профессиональное оборудование и соответствующее ПО для регулировки уровня сигнала имеет шкалу уровня в дБ. Таким образом, можно спрогнозировать уровень громкости наушников на примере другой модели. Например, при наличии наушников с чувствительностью 106 дБ/В мы можем понять, насколько по громкости будут тише наушники с чувствительностью 102 дБ/В, понизив уровень громкости на 4 дБ.

Где есть регуляторы громкости со шкалой в децибелах?



В смартфоне на базе ОС Android есть плеер Neutron.

Регулятор расположен во вкладе с эквалайзером.

В ОС Windows регулятор громкости в дБ есть у проигрывателя foobar2000.



Взаимосвязь чувствительности и качества звучания наушников


В контексте различных фраз часто высокая чувствительность к мощности характеризуется как признак высокого качества звучания. На самом деле это следствие работы с источником, а не причина. Для наушников с высокой чувствительностью достаточно маломощного усилителя. Когда мы сравниваем две модели с разной чувствительностью по мощности, то для более чувствительной модели требуется выставить меньший уровень громкости. Усилитель на тихой громкости в большинстве случаев играет более качественно, т.к. отдает меньшую мощность. При подключении наушников с низкой чувствительностью, наоборот необходимо выставить громкость выше и усилитель отдает больше мощности и искажения у усилителя увеличиваются.

Таким образом, с более чувствительными моделями можно получить более высокое качество и это будет следствием более качественной работы усилителя.


Иногда высокая чувствительность является недостатком. Некоторые источники могут иметь высокий фоновый шум (смартфоны, ноутбуки, встроенные звуковые карты в материнсткие платы) и этот шум может быть хорошо слышен. Фоновый шум у источников с цифровой регулировкой уровня сигнала не зависит от регулятора громкости. В таких случаях надо подбирать наушники с низкой чувствительностью.

Именно оптимальное соотношение значения чувствительности наушников и мощности источника является одним из условий качественного звука.

По этому принципу работает on-line сервис сопоставления напряжения с усилителя и определение необходимого значения напряжения для наушников с учетом их чувствительности для получения заданного звукового давления. В упрощенном виде это выражается "звездочками" в таблице упрощенного отчета для чайников и сервисах автоматического подбора наушников и источников.




Материал подготовлен Романом Кузнецовым.

Графики в отчетах протестированных продуктов на сайте RAA не всем понятны. Общие описания характеристик в интернете зачастую составлены SEO-копирайтерами, перепечатывающие информацию со справочников и учебников. При таком теоретическом подходе данные существенно искажаются или являются излишне поверхностными. В этом разделе F.A.Q. характеристики рассматриваются с практической точки зрения.



Кузнецов Роман
Основатель RAA



Известен под никами

romanrex
iXBT.com
player.ru
Head-Fi.org
Оverclockers.ru
habr.com
...
r.a.a.
4pda