Наушники и выходной импеданс усилителя

Принцип работы

Чтобы понять принцип работы усилителей, рассмотрим часть.

По делятся на:

• Низкоомные.
• Высокоомные.

Сопротивление наушников называют «импеданс». Что это означает? Данное слово подразумевает, что имеется в виду полное сопротивление – активное и реактивное в целом. Производители обычно указывают только активное сопротивление, поэтому импеданс сложно узнать. От импеданса зависит чувствительность наушников.

Для :

• Сопротивление низкоомных – доходит до 100 Ом.
• Значение Ом у высокоомных начинается от 100.

Для внутриканальных (классических вкладышей):

• Низкоомные — до 32 Ом.
• Высокоомные – более 32 Ом.

Звучание из вкладышей сложно улучшить. Наушники с шумоподавлением имеют встроенный усилитель. Однако полноразмерные наушники могут выдать больше качества и громкости, если использовать их с усилителем для наушников.

С помощью усилителя для наушников можно проконтролировать уровень напряжения, идущий на них. Сопротивление наушников определяет, сколько тока они тратят. От этого и зависит конечный уровень мощности.

Напряжение образуется, когда сила поступающего тока сталкивается с сопротивлением наушников. Мощность образуется из столкновения показателей силы тока и напряжением на выходе усилителей для наушников.

Низкоомные наушники, нуждаются в подаче низкого напряжения с высоким уровнем тока. Для высокоомных наушников подходит, напротив, высокое напряжение. Однако уровень тока должен быть пониже. Выбор усилителя для высокоомных наушников должен осуществляться с учетом этого.

Чувствительность наушников составляет 96 дБ/мВт, это общее значение для устройств такого типа при подаче на них напряжения в 1мВт.

При низком сопротивлении, выше чувствительность дБ/В. При высоком сопротивлении получается низкая чувствительность. Громкость наушников определяется чувствительностью к напряжению.

При высоком сопротивлении работает дольше. У большинства дешевых плееров и смартфонов низкое напряжение на выходе. Поэтому при использовании высокоомных наушников звук получается очень тихим. В низкоомных же звук становится «грязным» и слушать его может быть неприятно. Конечно, люди привыкают к плохому качеству звука и даже нахваливают его перед знакомыми. Просто делают громкость выше и полностью погружаются в звуковые вибрации. Любители такого времяпровождения (если у них не разовьется какое-нибудь нарушение слуха), могут быть сильно удивлены при прослушивании своих любимых композиций, доведись им воспользоваться подходящими усилителями.

Если ваше звукопроигрывающее устройство выдает напряжение на выходе в 200-300 Ом, можно рассматривать не только упомянутый выше вариант. Такие модели имеют возможность хорошо проигрывать звук на высокоомных наушниках с низкой чувствительностью. Высокоомные наушники подходят для прослушивания музыки и речи с мощной техники. Они являются предпочтительным вариантом при работе со стационарным устройством – таким как домашний компьютер или аудиосистема.

Если вы недовольны тем, что ваши наушники с высоким сопротивлением дают небольшую громкость от плеера или телефона, попробуйте использовать их с усилителем. Он снизит энергопотребление вашего устройства и позволит четче слышать звуки. Усилитель должен располагать аккумулятором, чтобы обеспечить автономное питание. Стационарные усилители питаются от сети.

Внешние усилители также очищает звук и позволяет ощущать гамму полнее. Становится проще различить оттенки вибраций. Прослушивание музыки с помощью усилителей для наушников позволяет по-новому взглянуть на возможности своей техники и любимые композиции.

Импенданс различных типов наушников

Сопротивление внутриканальных наушников

Полноразмерные динамические наушники

В полноразмерных наушниках динамического типа довольно часто встречается неравномерная кривая импеданса с минимальным подъемом в области высоких частот и с локальным подъемом на низких частотах. Сопротивление может равняться 32 Ом на 0 Гц (без учета реактивной составляющей), но, как показывает практика, на определенных частотах его значение может быть вдвое больше.

Сопротивление полноразмерных динамических наушников

Неравномерности (подъемы) в кривой импеданса возникают вследствие резонансных явлений, а так же ввиду конструктивных особенностей самого излучателя внутри корпуса наушников. В жизни это выглядит так: наушники лежат на столе — кривая импеданса имеет одни значения, наушники одеты на голове (пространство задемпфировано) — кривая преобразуется в другую.

Сопротивление полноразмерных динамических наушников с ровной кривой

Что интересно, далеко не все динамические наушники имеют заметные отклонения или резонансы. Линия импеданса у некоторых из них условно прямая, но подбирать наушники, исходя из этого принципа, не рекомендуется. Ведь для достижения идеальных значений импеданса производителю приходится жертвовать другими более важными характеристиками.

В динамических наушниках топ-класса встречаются модели как с минимальными, так и со значительными отклонениями кривой импеданса. Если в наушниках наблюдается узкополосный подъем, тогда усилитель должен обладать низким выходным сопротивлением (для контроля низких частот). Соответственно, при значительных подъемах — нужен усилитель с высоким сопротивлением.

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Сопротивление изодинамических (ортодинамических) наушников

Характерная черта изодинамических наушников — строго прямая линия импеданса. Формально изодинамические излучатели создают идеальную нагрузку на усилители, однако в области сверхвысоких частот (мегагерцы, гигагерцы) сопротивление некоторых из них стремится к 0. Особо неприятен тот факт, что далеко не все усилители способны работать в таком режиме, а это приводит к значительному ухудшению качества звука. На данный момент выпуском изодинамических наушников занимаются: Oppo, Abyss, Fostex, Audez’e, HiFiMan.

Внутриканальные арматурные наушники

Едва предсказуемо выглядит кривая импеданса во внутриканальных наушниках с излучателем арматурного типа. Так, в однодрайверных моделях есть одна общая черта — локальный подъем на верхней середине(1-3 кГц) и в области высоких частот. Благодаря локальному подъему практически все однодрайверные наушники звучат чисто на высоких частотах.

Сопротивление внутриканальных арматурных наушников

На низкочастотном диапазоне типовое сопротивление — 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц на графике наблюдаются подъемы. В случае, если сопротивление внутриканальных арматурных наушников равно 100 Ом на 1 кГЦ — это не значит, что они высокоомные. По показаниям мультиметра их сопротивление может быть всего 16 Ом.

Выбираем лучший вариант гарнитуры для телефона

В настоящее время производители известных брендов специализируются на создании двух основных типов наушников, отличающихся по используемому сопротивлению в электрических проводах. В нашей статье мы рассмотрим технические характеристики на примере внутриканальных моделей. К их числу относятся гарнитуры с применением импеданса с показателем 16 и 32 Ом.

• 16 Ом является низкоомной моделью, она затрачивает больше энергии и при этом из усилителя выходят дополнительные шумы, которые создают помехи при прослушивании композиций. Если ваш телефон достаточно мощный, лучше избежать использования низкоомной версии.
• 32 Ом называется высокоомной версией, она снижает количество потребляемой энергии и не создаёт помех при воспроизведении, что значительно улучшает качество.

Конечно, из представленных вариантов использовать лучше 32 Ом. Он обладает лучшими показателями работы и повышает эффективность эксплуатации оборудования.

Зависит ли от сопротивления гарнитуры громкость звукового сигнала на выходе?

Также очень интересным вопросом для многих пользователей является зависимость громкости от импеданса в наушниках. Существует мнение, что при большем сопротивлении громкость увеличивается. Однако в данном случае принцип работы будет отличаться.

От того, какое сопротивление применяется в выбранной модели, будут зависеть многие показатели, описанные выше. Но на громкость звука главным образом влияет мощность усилителя (в нашем случае смартфона). При этом сопротивление не будет оказывать влияние на показатель громкости. Поэтому выбор модели зависит от ваших личных предпочтений и финансовых возможностей.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Напряжение и ток

Чтобы понять, что такое импеданс важно иметь хотя бы общее представление о напряжении и токе. Вольтаж аналогичен давлению воды, в то время как ток является аналогом потока воды (например, галлонов/минуту)

Если вы пустите воду из вашего садового шланга без насадки, вы получите большой поток воды и сможете быстро наполнить ею ведро, но давление у края шланга при этом будет практически равно нулю. Если же вы воспользуетесь небольшой насадкой, давление (напряжение) будет значительно большим, но поток воды уменьшится (потребуется больше времени, чтобы наполнить то же ведро). Эти две величины связаны обратной зависимостью. Высокое давление обычно соответствует малому потоку, и наоборот. То же самое справедливо и для напряжения/тока.

Насадки для шланга

Грубо говоря, импеданс аналогичен размеру насадки для шланга. Высокоомные наушники подобны узкой насадке. Чтобы получить больше воды, необходимо более высокое давление (напряжение). Низкоомные же наушники скорее соответствуют случаю наполнения ведра без насадки, требуя больший поток и не слишком высокое давление. Большая часть выходов под наушники хорошо годится либо для первого, либо для второго случая, но не для обоих

Потому важно знать, с чем вы имеете дело, и соответствующим образом подбирать наушники

Измерение импеданса

Вы не можете измерить импеданс наушников с помощью цифрового мультиметра (хотя многие тщетно пытаются). Чем больше реактивная составляющая импеданса, тем менее точными будут такие измерения, так как мультиметр измеряет лишь активное сопротивление на постоянном токе — R, не импеданс Z. Сопротивление на постоянном токе практически всегда меньше, чем импеданс на переменном. В то же время измерение импеданса с помощью переменного тока даёт значение лишь для одной конкретной частоты, потому лучше всего построить зависимость импеданса от частоты в виде графика. Для выполнения этой задачи необходимо специальное оборудование, которое может отслеживать одновременно и ток, и напряжение в пределах всей полосы звуковых частот. Лично я использую Prism Sound dScope.

Импеданс может меняться

Теоретически все пассивные наушники (не содержащие какой-либо электроники с собственным питанием) имеют импеданс, изменяющийся в зависимости от частоты. Как было сказано выше, они ведут себя не так, как обычное сопротивление, на которое бы мы подали звуковой сигнал. Кривая окрашенная в золотой цвет на графике ниже отражает импеданс (в омах) внутриканальных наушников Ultimate Ears SuperFi 5 Pro. Вы можете видеть, что импеданс соответствует заявленным 21 Ом лишь на частотах ниже 200 Гц. Он возрастает до 90 Ом примерно к 1200 Гц и падает до 10 Ом к 11 кГц:

Фаза

В то время как импеданс изменяется с частотой, то же самое происходит и с фазой. В данном случае «фаза» — это временной сдвиг между пиковыми значениями напряжения и тока. Чем больше фазовый сдвиг, тем больше реактивная составляющая нагрузки. Как правило, чем больше фазовая задержка, тем труднее управлять нагрузкой. Белая кривая на графике выше изображает фазовую задержку в градусах. Обычный резистор имеет практически нулевую фазовую задержку во всем диапазоне звуковых частот.

Что насчет обычных затычек?

Подавляющее большинство динамических (не арматурных) наушников-затычек, имеющих разумную цену, обладают номинальным импедансом 16 или 32 Ом, причем реальные значения отличаются всего на 1-2 Ом. Вот распространенные Sony MDR-EX51, имеющие в большей части диапазона импеданс 17 Ом, с подъемом до 18 Ом на их резонансной частоте 5 кГц:

А вот 300-омные Sennheiser HD 650, импеданс которых изменяется от 305 до 530 Ом:

Информация от спонсора

Компьютерная служба «Позитив»: профессиональный ремонт и настройка устройств под управлением Android. Здесь Вы можете быстро и недорого произвести настройку Android. Гарантия качества.

На какие параметры влияет импеданс наушников?

Чувствительность

Чувствительность наушников, в основном, приводится к их мощности, и в конечном итоге позволяет получить сразу две характеристики — напряжение и ток. Чувствительность — удобная конечная характеристика для теоретиков, и запутанное понятие для простого потребителя.

Вы наверняка не раз слышали о том, что чувствительность = громкость. Грубо говоря, оно так и есть, однако работает это только с колонками. Так, значение сопротивления колонок указывается в виде 4 и 8 Ом.

В наушниках все сложнее. Чего только стоит 11 различных сопротивлений: 8, 16, 24, 32, 64, 128, 256, 320 и т.д. Ом. Получается, чтобы связь чувствительность = громкость реально работала, чувствительность следует выражать к напряжению, а не к мощности (например, так делают Sennheiser). Большинство производителей наушников вовсе не указывают единицы измерения чувствительности. Отсюда и сложилось ошибочное мнение, что высокоомные наушники — тихие, а низкоомные — громкие.

Чтобы понять, как импеданс влияет на чувствительность возьмем простую школьную формулу:

U=I*R

Затем из нее найдем мощность:

W=I*U, где

W – мощность усилителя на выходе, Вт U – напряжение усилителя на выходе, В I – сила тока, А

Отличным примером служат наушники Beyerdynamic серии DT 770 с разным сопротивлением, в 32, 80, 250 и 600 Ом (часть моделей снята с производства).

У всех наушников единая чувствительность в 96 дБ/мВт, что означает, что если мы подадим на наушники ровно 1 мВт, то уровень звукового давления будет равен 96 дБ SPL.

При 1 мВт для разных моделей нам надо подать разные соотношения напряжения и тока:

Получается чувствительность нужно рассматривать не к мощности, а к напряжению. Лишь в этом случае нам удастся сопоставить наушники по громкости. Соответственно, чем выше будет сопротивление, тем ниже чувствительность.

Длительность работы плеера или смартфона

Чем выше сопротивление наушников – тем дольше будет работать плеер или смартфон без подзарядки, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока (при условии, что наушники слушаются на «максимуме» независимо от итоговой фактической громкости).

Если вы являетесь обладателем тихого смартфона, то, по большому счету, вы лишены возможности выбора наушников: по чувствительности вам подойдут только низкоомные наушники. Однако, если в вашем распоряжении плеер или смартфон с достаточно мощным выходом — присмотритесь к высокочувствительным низкоомным наушникам или к менее чувствительным, но с более высоким сопротивлением. Замена 16 Ом на 32 Ом снизит потребление энергии на треть.

Результаты графиков показали, что арматурные наушники обладают более высоким средним сопротивлением — с ними плеер или смартфон работает дольше без подзарядки. Многодрайверные наушники, наоборот обладают меньшим средним сопротивлением, из-за чего смартфон или плеер будет, соответственно, работать немного меньше.

Качество звучания

Вы наверняка слышали, что высокоомные наушники выдают более качественный звук, чем низкоомные. Хотя здесь дело вовсе не в наушниках. Просто усилитель посылает меньше тока, что в итоге снижает искажения с его стороны. Однако не стоит воспринимать это правило как догму. Бывают ситуации, когда усилитель работает на напряжении, превышающем его допустимые значения, тогда источником искажений в этом случае является перегрузка по напряжению, а не по току.

На вышеуказанном принципе и строится работа однодрайверных арматурных наушников. Благодаря подъемам на верхних средних и высоких частотах — наблюдается более качественное звучание на тех смартфонах или плеерах, где низкоомные наушники показывают себя не лучшим образом.

АЧХ наушников

Если сопротивление усилителя выше нулевой отметки, то конечная АЧХ будет зависеть от изменений кривой импеданса как наушников, так и усилителя.

Для случая

Беспроводные капельки или мощные мониторные наушники выбрать? Приведем краткий обзор современных моделей.

Вкладыши

Наушники-вкладыши имеют уплощённую поверхность выхода динамика. Компактная мембрана обычно несильна в передаче низких частот. Устройства вставляются в ухо, держатся в раковине за счет упругости кожи

Важно подобрать устройство по размеру – очень большие из маленьких ушей будут выпадать и доставлять болевые ощущения

Плюсы:

• Низкая цена – главный аргумент в пользу вкладышей.
• Компактность – наушники почти незаметные в ушах.
• Универсальность – они подходят для прослушивания музыки и дома, и на улице.

Недостатки:

• Периодически выпадают из уха.
• Часто передают неширокий диапазон звука.
• Низкая шумоизоляция. Если вы любите слушать музыку громко, люди, находящиеся рядом, будут знать, какую песню в настоящий момент играет в вашем проигрывателе.

Где носить: ома, на улице во время прогулок. Для пробежек и спорта неудобны из-за частого выпадения.

Вакуумные

Вакуумные наушники получили название благодаря способу крепления в ухе – в силиконовой накладке есть пустая капсула, при вставлении в ухо их нее частично удаляется воздух и она «присасывается» к раковине. Это же обеспечивает отличную звукоизоляцию и полное погружение в музыку.

Плюсы:

• Автономность звука без дискомфорта окружающих.
• Надежная фиксация в ухе у большинства людей.
• Мощные басы, делающие звук объемным.
• Средняя ценовая категория (зависит от производителя).

Недостатки:

• Опасность повреждения слуха при громком прослушивании. Волны напрямую входят в ушной канал без фильтрации и погашения мощности звука естественным образом, поэтому переусердствовать с громкостью нельзя. Следует ограничивать количество музыкальных сеансов по времени.
• Необходимость в уходе (в капсуле скапливается ушная сера, которую необходимо убирать).

Где носить: идеальны для прослушивания любимых треков в шумном городе. Правда, за этим скрывается опасность – потеря чувствительности пространства из-за полного погружения в звук. Затычки не выпадут из уха при занятиях спортом.

Накладные

Это наушники, которые накладываются на ухо и держатся за счет фиксирующих душек на ушную раковину или на затылок. Они удобны для домашнего использования или для прослушивания музыки на улице в теплое время года – зимой их неудобно носить под шапкой.

Плюсы:

• Увеличенная мембрана обеспечивает широкий диапазон звука.
• Не травмируют органы слуха.
• Средняя шумоизоляция.
• Комфортное звучание.

Недостатки:

• Стоимость накладок выше, чем вкладышей.
• У бюджетных моделей фиксаторы делаются из непрочного пластика. При поломке дужки приходится выкручиваться с ремонтом или менять аксессуар.

Где носить: подходят для домашнего и уличного использования с любой портативной техникой.

Мониторные наушники

Полноценные наушники с большими накладками используются преимущественно дома при прослушивании музыки с компьютера, для общения по каналам Интернет-телефонии и социальных сетей, такие устройства есть у любого уважающего себя геймера.

Плюсы:

• Самые лучшие технические характеристики благодаря мощному внутреннему устройству и большой мембране.
• Максимальная звукоизоляция мягкими накладками по контуру. Есть модели с отверстиями в амбушюрах.
• В хороших моделях есть встроенный режиссер звука, корректирующий основные характеристики звука для комфортного прослушивания.

Недостатки:

высокая цена.

Где носить: домашнее и студийное применение.