На что влияет сопротивление наушников

...продолжение сериала о мощности автомобильной аудиосистемы

В прошлом номере мы попытались разобраться с мощностью усилителей в аудиосистемах: что это вообще такое и как измеряется. Но усилитель работает, понятное дело, не сам по себе. Он исправно подает электрический сигнал на динамики. А на них тоже пишут слово „power", да еще и с какими-то цифрами. Так что теперь самое время разобраться, что означают эти цифры применительно к акустическим системам.

Рассчитывая на не слишком подготовленного покупателя, производители пишут значения мощности на упаковке самым крупным шрифтом, нередко связывая их с обещаниями ураганной громкости. 100 Вт, 200 Вт, 500... Кто больше? Однако далеко не все представляют, что на самом деле к громкости эти цифры не имеют прямого отношения. Написана ли на динамике мощность в 100 или 200 Вт - на звучании это скажется весьма опосредованно. Нет, конечно, динамик 500 Вт может звучать громче, чем 100-ваттный. Но, заметьте, именно может, и еще не факт, что будет. Более того, от одного и того же усилителя динамики с указанной мощностью 50 Вт могут играть громче, чем динамики с надписью 250 Вт. Почему? Давайте разбираться.
Во-первых, вспомним о самом понятии мощности, а для этого обратимся в который раз к школьному курсу физики. Суть мощности - это количество энергии, преобразованной из одной формы в другую за определенное время. В нашем случае динамик получит электрическую энергию от усилителя и преобразует ее в энергию кинетическую (то есть, в движение диффузора, который толкает воздух перед собой, чем, собственно, и порождает звуковые колебания) и тепловую (нагрев звуковой катушки). Кстати, звуковая энергия будет составлять всего лишь доли процента от всей энергии, полученной головкой, а основная ее часть будет тратиться все же на этот самый нагрев. Обидно? Еще бы, но это факт, лучше пока ничего не придумали. Так что первое, что нужно запомнить: цифры в инструкции или на упаковке к акустическим системам всегда означают мощность электрического сигнала, подведенного к ним (Power handling), а не выходную звуковую мощность, как многие ошибочно полагают.

ЖМЕМ ПО МАКСИМУМУ
В описании к акустическим системам можно встретить несколько значений мощности, среди которых все обычно стараются выделить максимальную. А ведь максимальная мощность - это всего лишь мощность подводимого к динамику электрического сигнала,которую он в принципе может выдержать без повреждений, причем об искажениях при этом даже никто и не упоминает. Методов ее измерения несметное количество, но суть одна - подаем на динамики мощный сигнал до тех пор, пока ему не наступит... в негодность: что-нибудь не сгорит, не оторвется, не сомнется или не заклинит.
В определении этого максимума среди производителей полный разброд и шатание. Например, испытательный сигнал может быть как синусоидальным (с одной частотой), так и шумовым, то есть занимающим целый спектр частот. Подавать его можно как долговременно, так и кратковременно, или вообще „стрелять" короткими импульсами длительностью доли секунды. Соответственно, и результаты будут разные. Поэтому периодически предпринимались (и предпринимаются) попытки ввести различные стандарты, которые бы упорядочили методы измерения мощности акустических систем. Этим занимались и наш ГОСТ, и IEC (Международный электротехнический комитет, МЭК), и „немецкий индустриальный стандарт" DIN, и американские стандарты AIS (Application Interworking Standard), и EIA (Electronics Industries Alliance). Вот только некоторые из определений, которые встречаются относительно чаще других:
Паспортная (шумовая) мощность (power handling capacity) - предельная мощность, которую еще может выдержать АС при длительном подведении шумового сигнала. По одним стандартам динамик должен выжить после 100-часовой экзекуции, по другим достаточно продержаться пару часов.
Максимальная синусоидальная мощность (Rated Maximum Sinusoidal, RMS) - знакомая аббревиатура, не правда ли? Определяется терзанием АС синусоидальным сигналом в течение часа.
Максимальная долговременная мощность (Long Therm Maximum Input Power) - подаем на AC шумовой сигнал в течение минуты, даем им отдохнуть 2 минуты, и повторяем снова, и так 10 раз.
Максимальная кратковременная мощность (Short Therm Maximum Input Power) - секунду даем шум на АС, минуту отдыхаем и повторяем все это 60 раз.
Впрочем, даже у стандартов, которые, казалось бы, призваны навести порядок, есть немало лазеек, оставляющих свободу производителям. Скажем, шумовой сигнал можно подрезать по спектру, оставив в нем только самый „выгодный" участок. Да и синусоидальный сигнал можно выбрать той или иной частоты. Ясно одно, как бы максимальная мощность не измерялась, ее понятие всегда основано на механическом разрушении головок - вштыриваем им по полной программе, пока они не прикажут долго жить. Как максимальная мощность соотносится с качеством звука и громкостью? Да, в общем-то, никак. Искажения? Когда речь идет о выживаемости динамика в принципе, то о них никто и не вспоминает.
Искажения учитываются в другом параметре - номинальной мощности. Чем более мощный сигнал мы подводим к динамику, тем больше у него будет двигаться диффузор. А он, понятное дело, не может летать на полметра, его ход имеет определенные пределы. То есть при значительном увеличении подводимой мощности будут расти и искажения звука, вносимые самим динамиком. Четкое определение номинальной мощности есть, например, в ГОСТ 16122-87: „Номинальная мощность - это заданная электрическая мощность, при которой нелинейные искажения звукового давления не должны превышать требуемых значений". То есть это не та мощность, которую в принципе выдержит акустическая система, а, условно говоря, предел, до которого можно слушать еще музыку, а не непонятные хрипы и плюханье бедного диффузора в предсмертных потугах.
Однако если не вести речь об искажениях, то и о номинальной мощности речи быть не может. С номинальной мощностью акустических систем часто путают мощность RMS, хотя это, как видите, на самом деле совсем другое.

КСТАТИ
Частенько в отношении акустических систем применяют понятие мощности PMPO (Peak Music Power Output), хотя к ним этот термин „прилепился" совершенно неправомерно. Это не больше, чем уловка не слишком грамотных маркетологов. Нельзя этот термин применить к акустическим системам по причине того, что у них такой выходной мощности (а в названии фигурирует слово „output") не может быть в принципе. Ведь „выходят" из динамика звуковые колебания, а их мощность измеряется совсем иначе, да и порядки величин, как вы понимаете, совсем другие. Но если все же такая надпись есть, то под ней обычно подразумевают способность динамиков выдержать, не сгорев, очень короткие импульсы. А поскольку короткие импульсы - это вам не синус в течение часа или шум, в котором целый спектр частот прет на акустические системы на протяжении нескольких часов, то и звуковая катушка за время этого импульса не успевает нагреться настолько, чтобы сгореть. Да и диффузор обладает некоторой инертностью, он не успевает „плюнуть" этот импульс. Значения РМРО получаются несуразно большими. Особенно одно время ими пестрили дешевые китайские приемники, на которых красовались бешеные цифры в сотни Ватт. Одним словом, показатель РМРО технически абсолютно бестолковый.

МОЩНОСТЬ И ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН: КАЖДОМУ СВОЕ
Не стоит забывать и о возможностях разных динамиков хорошо воспроизводить только отведенный им частотный диапазон. Чтобы быть последовательными, рассмотрим динамики „снизу вверх". Самую нижнюю часть звукового диапазона отыгрывает сабвуфер. С этим все более или менее понятно (да и то в ином случае сабсоник не помешает). А вот мидбасовые динамики, имеющие меньший калибр, далеко не всегда способны выдержать басовую нагрузку. Отдача динамиков на низах зависит от площади излучающей поверхности и от ее хода. Поэтому большие сабвуферы легко справляются с басом, при этом чуть шевеля диффузором. А вот для того чтобы гораздо меньший мидбасовый динамик так же „качнул басу", то есть создал такое же звуковое давление, ход его диффузора должен быть несоизмеримо больше. Поэтому важно придерживаться небольшой рекомендации: чтобы ненароком не порвать динамик, лучше ограничивать для мидбасов воспроизводимый диапазон снизу (включением ФВЧ на усилителе или в головном устройстве). Какую выставить частоту - зависит от конкретной модели динамиков. Но приблизительно общее правило может быть таково: для 6,5-дюймовых мидбасов - 50 или 60 Гц, для 5-дюймовых - 70-80 Гц, а небольшим 4-дюймовым мидбасовым динамикам в общем случае будут противопоказаны частоты меньше 80-100 Гц. Избавив таким образом динамики от непосильных для них басов, вы заметите, что их звучание в целом станет более чистым и открытым.
То же самое относится и к среднечастотным и высокочастотным динамикам. Более того, мощности, указываемые на них, обычно измеряются при подаче на динамики сигнала, урезанного по спектру. Ну не может маленькая пищалка выдержать полсотни Ватт широкополосного сигнала. Поэтому если вы видите, что на твитере указана некая мощность, знайте, что она измерялась только на частотах, для которых этот твитер предназначен.

Для отечественных динамиков параметр мощности введен прямо в их маркировку. Например, легендарный низкочастотный динамик 75ГДН, с которого в начале 2000-х многие начинали строить свои первые автомобильные сабвуферы, имеет предельную шумовую мощность 75 Вт. Раньше, по старому ГОСТу, он обозначался З0ГД, тогда в маркировке применялась цифра не максимальной, а номинальной мощности - 30 Вт.

Маленький твитер, понятное дело, не сможет воспроизвести низкие частоты также как и мидбас, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, как раз и нужен кроссовер, который пропустит на мидбас только низкие и средние частоты, а на твитер только высокие. В этом случае мощность указывается для всего комплекта, то есть она измеряется не непосредственно на клеммах динамиков, а на входе кроссовера.

КАК ПОДОБРАТЬ ПО МОЩНОСТИ УСИЛИТЕЛЬ И АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ?
Для многих камнем преткновения становится вопрос о подборе акустики в пару к усилителю. Скажем, если в паспорте на усилитель указана мощность 65 Вт на канал, то значит ли это, что и на акустических системах должна быть указана такая же мощность? Конечно же, нет. По причине полного разброда методик измерения строгий подбор мощностей усилителя и акустических систем становится занятием пустым и бесполезным. Неким ориентиром могут стать, разве что, только цифры RMS, усилитель и акустику желательно выбирать с этими показателями одного порядка. Скажем, усилитель с номиналом 100 Ватт на канал спокойно уживется с динамиками, на которых указана мощность RMS60 Вт. Да и головное устройство со своей скромной выходной мощностью (а в прошлом номере мы уже разобрались со значением надписей типа „4х 50 Вт") тоже на них неплохо будет работать. Так что это не настолько важно, поверьте и не парьтесь по этому поводу.

КСТАТИ
Кстати, как ни странно, но слишком слабый усилитель - это даже плохо. Он с намного большей вероятностью может спалить акустические системы. При достижении предела своих возможностей электрический сигнал на выходе будет ограничиваться, верхушки сигнала будут срезаться, то есть усилитель будет клиппировать сигнал. Когда речь идет о подрезании относительно редких импульсов, то это еще не так страшно, в конце концов, головное устройство почти всегда их ограничивает, что выливается только в зажатость звучания.
Но если мы продолжим выкручивать ручку громкости на головном устройстве (или регулировку входной чувствительности усилителя), то сигнал начнет искажаться еще больше, при этом в его спектре появятся высокочастотные гармоники со значительным уровнем - то, что мы будем слышать в виде хрипов, доносящихся из динамиков. И если низкочастотные динамики их, как правило, еще переносят (уровень основных гармоник уменьшается), то высокочастотные при этом могут и сгореть (пищалке, кроме своего сигнала, достанутся еще и высшие гармоники от низкочастотной составляющей сигнала, причем с неслабым таким уровнем). Вот почему акустические системы, подключенные к усилителям головного устройства, выходят из строя намного чаще, чем подключенные к отдельному более мощному усилителю. То есть, дело не в том, что АС оказываются слишком слабыми, слабым оказывается как раз сам усилитель.

ЧТО ТАКОЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДИНАМИКА?
Чувствительность динамика - это параметр, по которому можно оценить эффективность преобразования электрической энергии в звуковую. То есть, упрощенно, от этого показателя зависит, насколько он будет громким при подключении к одному и тому же усилителю.
Измеряется она так. К динамику подводится сигнал мощностью строго 1 Вт, и на расстоянии 1 м по его оси измеряется создаваемое им звуковое давление. Полученное значение - и есть чувствительность динамика. То есть, динамики с более высокой чувствительностью сыграют при прочих равных громче. Поскольку при определении чувствительности мы имеем дело со звуковым давлением, измеряется чувствительность в децибелах.
Тут нужно снова отметить особенность нашего слуха. Если мы увеличим подведенную к динамику мощность сигнала вдвое (например, поставим вдвое более мощный усилитель), то на слух мы не получим удвоение громкости. А все потому, что чувствительность нашего уха нелинейна. Эта зависимость сформулирована в законе Вебера-Фехнера: „Когда интенсивность раздражения возрастает в геометрической прогрессии, интенсивность восприятия звука растет в арифметической прогрессии... Сложно? Сейчас разберемся „на пальцах".
Поставим измерительный микрофон на расстоянии 1 метр от динамика и подадим на этот динамик сигнал мощностью 1 Вт. Допустим, прибор покажет нам звуковое давление 90 дБ. То есть, чувствительность этого динамика - 90 дБ. Теперь, если мы подведем к динамику вдвое больше, то есть 2 Вт, то получим в той же точке звуковое давление на три децибела больше. То есть, 93 дБ. Повысим мощность еще в два раза, 4 Вт, получим уже 96 дБ. И так далее, с увеличением подводимой мощности в два раза, развиваемое звуковое давление будет повышаться на 3 дБ. Удвоение громкости на слух - это 10 дБ, то есть усилитель должен выдать в 10 раз больше мощности. Вот и вся суть этого закона.
Вот почему, казалось бы, такая небольшая разница между динамиками с чувствительностью, скажем, 86 дБ и 89 дБ будет на самом деле очень существенной: чтобы они заиграли одинаково громко, на первый придется подать сигнал вдвое мощнее. Так что если в аудиосистеме не предполагается внешнего усилителя, а динамики будут подключаться к усилителю головного устройства, то лучше всего подбирать модели, ориентируясь на их высокую чувствительность, а не на мощность. Более того, увеличение допустимой мощности для динамика чаще всего как раз достигается за счет уменьшения чувствительности. Не верите? Подключите сабвуферный динамик с RMS мощностью, скажем, 1000 Вт к слабенькому усилителю головного устройства и все сразу поймете - диффузор будет едва двигаться. Так что не в мощности дело, не в мощности..!

КСТАТИ
Есть в определении чувствительности одна маленькая хитрость, на которую часто идут производители. Дело в том, что для домашних акустических систем типичное значение номинального сопротивления составляет 8 Ом. При этом на динамик подается переменное напряжение 2,83 вольта, то есть на 8 Ом это как раз и будет 1 ватт. Поэтому исторически так сложилось, что для таких динамиков величину чувствительности указывают как в дБ/Вт/м (звуковое давление в децибелах на расстоянии 1 м от динамика при подаче на него сигнала мощностью 1 Вт), так и в дБ/2,83В/м (давление в децибелах на расстоянии 1 м от динамика при подаче на него сигнала с напряжением 2,83 В). Для „домашек" с их 8-омными динамиками это будет одно и то же.
Однако в автомобильной акустике чаще всего применяются динамики с более низким номинальным сопротивлением - 4 Ом. При этом если подать на динамик те же 2,83 В, то на него пойдет мощность не 1 Вт, а целых 2 Вт. Этим пользуются некоторые производители, указывая для 4-омных динамиков значение чувствительности, измеренное при 2,83 В, то есть, фактически, при вдвое большей подаваемой на динамик мощности. Естественно, при измерении динамик выдаст и звуковое давление на 3 дБ больше, чем если бы чувствительность была измерена при честном 1 Ватте. Если указано, например, что чувствительность составляет 89 дБ/2,83В/м, то это будет то же самое, что и 86 дБ/Вт/м (в два раза, то есть на 3 дБ). А для 2-омных динамиков эта разница будет уже 6 дБ. Поэтому при выборе динамиков нужно обращать на это внимание.

2014-02-26T15:04

2014-02-26T15:04

Audiophile"s Software

Введение

Хотя штекеры большинства наушников совместимы с разъемами на большей части музыкального оборудования, это еще не значит, что в сочетании они дадут хорошее звучание. Разные наушники имеют различные требования к выходной мощности и напряжению, с какими-то источниками они совместимы лучше, с какими-то - хуже. Несоответствия здесь встречаются довольно часто. Если вы не удовлетворены тем, что имеете на данный момент, либо собираетесь приобрести новое устройство, ознакомиться с этой статьей будет весьма полезно.

Проблема

Попросту говоря, множество наушников не вполне пригодно для многих источником, и наоборот. И дело здесь не только в том, что надо использовать наушники с правильным значением импеданса. Одна из важнейших вещей, которые стоит отметить - чувствительность (эффективность) наушников.

Простейший путь (первое приближение)

Если чувствительность ваших наушников указана в дБ/мВт, вы можете получить примерное представление о том, какой мощности усилитель вам необходим, воспользовавшись соответствующей таблицей. Найдите чувствительность своих наушников в левом столбце (используйте ближайшее меньшее значение, если точного в таблице нет). Затем обратите внимание на цифры в следующих трех столбцах. Большинству людей следует воспользоваться значениями, соответствующими пиковому давлению 110 дБ (средний столбец). Если вы не любите слушать музыку громко, или же в основном слушаете pop, вам скорей всего подойдет 105 дБ. Если же вы любите слушать музыку действительно громко или часто слушаете высококачественные ауидофильские записи, используйте значения из столбца 115 дБ. Например, Sennheiser HD600 имеют чувствительность 97 дБ/мВт, потому им требуется 20 мВт для достижения пиковой громкости 110 дБ. Однако здесь есть один нюанс: ваш источник должен обеспечивать указанную мощность именно для импеданса ваших наушников , а некоторые производители не вполне добросовестно относятся к указанию выходной мощности. Больше об этом читайте в Технической части. Также вы можете воспользоваться таблицей в обратном направлении - найдя мощность своего источника и посмотрев, для каких наушников он подходит.

дБ/мВт ↓	105	110	115	< пиковая громкость (dBSPL)
85	100.0	316.2	1000.0
88	50.1	158.5	501.2
91	25.1	79.4	251.2
94	12.6	39.8	125.9
97	6.3	20.0	63.1
100	3.2	10.0	31.6
103	1.6	5.0	15.8
106	0.8	2.5	7.9
109	0.4	1.3	4.0
112	0.2	0.6	2.0
115	0.1	0.3	1.0
118	0.1	0.2	0.5

Спецификация имеет значение

Если вы спросите разработчиков аудиофильского оборудования, почему они не комплектуют свои изделия подробными спецификациями, в большинстве случае вы услышите в ответ что-то вроде «на самом деле спецификации не имеют значения». Но в нашем случае они имеют , и даже очень большое значение. Наушники, играющие достаточно громко с некоторым источником - это не магия, не что-то, что может быть достигнуто лишь методом проб и ошибок. Это определяется с помощью нескольких параметров и относительно простой математики . И не так, что все источники эффективно работают с практически любыми наушниками. Скорей наоборот - проблема совместимости очень распространенная. Так что в следующий раз, когда услышите «спецификация не важна», будьте уверены: человек либо не владеет необходимой информацией, либо намеренно вводит вас в заблуждение.

Максимальная мощность или уровень усиления

Мощность требуемая и мощность допустимая

Зачастую имеется большая разница между значением мощности необходимой для достаточной громкости в наушниках и максимальной мощностью, которую по заявлению разработчика наушники могут обеспечить. Если вы видите в спецификации что-то вроде «Максимальная мощность: 200 мВт», это не значит, что вам необходим источник с такой мощностью. Это значит лишь то, что если вы подадите на наушники больше, чем 200 мВт, вы можете их повредить.

Пять факторов

Если вы хотите узнать всё в подробности о том, как определить совместимость наушников и источника, вот 5 вещей, которые необходимо учесть:

• Характер музыки (средняя громкость) - музыка значительно варьируется в плане значения средней громкости. Сильно компрессированная популярная музыка имеет значительно большую громкость, чем, например, аудиофильские записи джаза.


• Желаемый максимум громкости - максимальный уровень громкости, на которой человек хочет слушать музыку. Зависит от человека, но есть способы довольно точно рассчитать среднее значение.


• Чувствительность наушников - насколько громко наушники будут играть при заданной мощности или напряжении (из спецификации профессиональных замеров).


• Импеданс наушников - от этого зависит многое в следующем пункте, также он необходим в случае некоторых преобразований. Практически всегда указан в спецификации наушников.


• Максимальные выходные значения источника - мощность, которую источник может обеспечить, в зависимости от импеданса нагрузки. Зачастую эта характеристика плохо задокументирована, однако определяется путем измерений в некоторых обзорах. Иногда можно сделать предположения на основе того, что представлено в спецификации.

Средняя (среднеквадратичная, RMS) громкость

Музыка значительно отличается по средней громкости (её среднеквадратичному значению), которая наиболее приближена к воспринимаемой громкости. Где то в начале 90-х началась так называемая война громкости . Инженеры звукозаписи начали использовать всё большую и большую компрессию (усиливающую громкость тихих участков), таким образом, чтобы их миксы звучали громче, чем другие. Как результат, по итогам последних двух десятилетий средняя громкость популярной музыки постепенно достигла очень высоких значений. В цифровой записи максимальная громкость, которую вообще можно получить - 0 dBFS, где FS означает Full Scale (полная шкала). Таким образом ограничиваются пиковые значения записи. Средняя громкость измеряется в отрицательных значениях dBFS, и вот примерная картина:

• Pop-музыка с высокой компрессией (картинка выше): от -6 до -9 dBFS


• Качественные записи популярной музыки : от -9 до -12 dBFS


• Качественная акустическая музыка, джаз : от -12 до -18 dBFS


• Классика с широким динамическим диапазоном : от -18 до -30 dBFS

Что такое RMS?

Оригинал статьи на английском: More Power?

О совместимости усилителей и наушников. Какая мощность необходима конкретным наушникам, как выбрать нужный усилитель, что такое чувствительность.

Из всех характеристик динамиков и акустических систем понятие “чувствительность”, пожалуй, самое интересное и привлекательное (в этом оно соперничает с характеристикой мощности). Так и хочется, чтобы это понятие имело прямую зависимость к качеству динамика, т.е. чем больше этот параметр, тем лучше звучит динамик. Ведь, акустическая система – это устройство для воспроизведения музыки, а ее качество, зачастую определяется только субъективным образом, и чувствительность – от слова чувствовать, хорошо чувствующий, подсознательно, сливается со словом качество. Однако, мы знаем, что это так и не так. Прежде всего, это понятие – чисто техническое, отражающее КПД динамика. Согласно ГОСТ 16122-78 характеристическая чувствительность АС – отношение среднего звукового давления, развиваемого АС в заданном диапазоне частот (обычно 100… 8000 Гц) на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м и подводимой электрической мощности 1 Вт. Конечно, если мы имеем динамик с более высокой чувствительностью, то подводя 1 Вт мы получим большее звуковое давление, чем от динамика с низкой чувствительностью, меньше нелинейных искажений и, наверно, более высокое качество звучания. Однако, стоит задуматься как получена эта чувствительность?

Мы имеем несколько способов легального (реального) и нелегального (маркетингового) способов повышения чувствительности.

Реальные способы борьбы за чувствительность

Акустические системы с большим количеством динамиков

При подключении нескольких динамиков (акустических систем) параллельно (последовательно) возрастает уровень громкости (растет и мощность). Применяется, для систем озвучивания и в связи с неодинаковостью характеристик широкополосных динамиков качество звучания остается низким. Часто способ используется в акустических системах, где применяется 2 или более низкочастотных динамиков на один высокочастотный. В этом случае основная проблема – особенности характеристики направленности такой системы.

Повышение чувствительности систем с одним динамиком

Динамик, акустическая система является электро-механо-акустическим преобразователем и, как следствие, есть возможность повышать КПД системы на каждом из этапов этого преобразования.

Коэффициент электро-механической связи (BL) динамика

Первый этап – электро-механическое преобразование. Для этого введен коэффициент “BL”. Он зависит от “B”- индукции в зазоре и “L” – длинны проводников в этом зазоре (или то количество проводников, на которых действует магнитное поле). “B” можно увеличивать повышая объем и силу магнитов, уменьшая магнитный зазор как по высоте, так и по ширине. “L” – увеличивая диаметр катушки и кол-во витков по высоте в зазоре. Если увеличивать значение “BL”, без изменения прочих характеристик динамика то будет расти чувствительность в области выше основного резонанса динамика, а низкочастотные возможности останутся без изменений.

Масса подвижной системы

При уменьшении массы подвижной системы мы можем создавать давление больше, чем с большей массой. Это улучшает в импульсные и переходных характеристики, но понижает прочность (мощность), жесткость (могут повышаться нелинейные искажения) и потребует применения новых материалов и технологий. Получение низких частот, особенно глубоких требует больших усилий.

Площадь излучения

Увеличение площади диффузора ведет к возрастанию уровня чувствительности, но возникают проблемы с воспроизведением высоких частот и прочностью конструкции.

Акустическая трансформация - рупор

Этот способ позволяет получить низкие частоты от небольшого и легкого динамика за счет согласования его с окружающей средой. Требует очень больших усилий в плане строительства корпусов. Самый грамотный, но и самый дорогостоящий способ.

Качественно спроектированные акустические системы с реально высокой чувствительностью используют четыре последние способа, а иногда и первый. Как показано, это требуют траты больших средств, повышения себестоимости системы и увеличения ее габаритов, однако, можно поступить проще.

Нелегальный способ

Напомним, что чувствительность измеряют на оси, на расстоянии 1 метр при подведении 1 Вт мощности. Как получить этот 1 Вт? Для этого надо определиться с номинальным сопротивлением. Оно выбирается из ряда 2, 4, (6), 8, 16, 25 и 50 Ом. Так как динамик представляет собой комплексное сопротивление со сложной зависимостью модуля полного электрического сопротивления от частоты, определение этого сопротивления подчиняется закону. Например, это записано в ГОСТ 9010-84 “Измеренное минимальное значение модуля полного электрического сопротивления в диапазоне, лежащем выше частоты основного резонанса, не должно отличаться от номинального электрического сопротивления более чем на минус 20%”. Таким образом, значение модуля полного электрического сопротивления 4-х омной системы не может быть меньше 3.2 Ома, а 8-ми омной – 6.4 Ома и т.д. Тогда, согласно закона Ома для измерения динамика с номинальным сопротивлением 4 Ома мы должны подвести к нему 2 Вольта (корень из 4), 8 Ом – 2.82В, а для 16 Ом – 4 В.

В западных описаниях и паспортах часто встречается графа “чувствительность”, с характеристикой 1м/2.8В, в сочетании с “сопротивлением”, например, 6 Ом. При измерении оказывается, что минимальное сопротивление такого изделия 3.4 Ома. Значит система оказывается реально 4 Омная, а мы подаем на нее 2 Вт (По закону Ома 2.8В2/4=2Вт) и получаем прирост чувствительности 3 дБ. Дополнительно к этому, частотная характеристика, особенно динамиков в отдельности имеет области провалов и подъемов, что позволяет зафиксировать чувствительность именно в области этого подъема. Не говоря уже о возможности простой приписки. В результате мы легко получаем прирост значения чувствительности 4-8 дБ. Проведение измерения акустических систем западных производителей, в том числе и именитых, к сожалению, показал, что данная практика является обычной и применяется, за редким исключением, повсеместно.

Для чего это делается?

Все дело в низких частотах, т.к. уровень низких частот при указании частотного диапазона в паспорте, и при прослушивании отсчитывается именно от среднего уровня звукового давления – чувствительности и, следовательно, системы с реальной низкой чувствительностью имеют выигрыш в количестве и глубине низких частот. А получить при определенном размере динамиков и акустических систем глубокие низкие частоты и высокую чувствительность очень непросто. Ведь нельзя же в паспорте написать чувствительность 80дБ, ее же никто не купит! Значительно проще написать нормальный уровень чувствительности и при прослушивании предоставить клиенту могучий басс.

Данный текст написан не для того, чтобы обвинить кого-то в фальсификации, а для того чтобы предоставить потребителю более полную информацию.

указывается уровень звукового давления, в мировой практике выражается в децибелах (дБ). Значения могут указываться относительными, а могут быть абсолютными в SPL (Sound pressure level - уровень звукового давления). Если значения указаны в SPL и указано, при каком уровне напряжения или мощности, то можно вычислить чувствительность наушников. Зная чувствительность наушников, можно вычислить, с какой громкостью будут играть наушники при подаче определенного уровня сигнала.

Разные наушники при подаче одинакового уровня сигнала с усилителя играют с разной громкостью. Наушники с высокой чувствительностью играют громко, а наушники с низкой чувствительностью играют тихо.

На графике показаны наушники с разной чувствительностью, для дальнейшего примера сопротивление наушников примем равным 32 Ом. Это важно для того, что бы связать мощность с выхода усилителя и чувствительность, выраженную по отношению к мощности, а не напряжению. Ниже предлагается наглядная табличка.

Зависимость от чувствительности
	наушники с высокой чувствительностью (зеленый)	наушники с выше средней чувствительности (желтый)	наушники со средней чувствительностью (красный)
к напряжению на 1 кГц, В
Чувствительность по отношению к мощности на 1 кГц, мВт
Подаваемое напряжение на наушники для достижения громкости в 120 дБ, В	0.23
Подаваемая мощность на наушники для достижения громкости в 120 дБ, мВт
Соотношение длительности работы усилителя от одинаковой батареи	1 раз	2 раз	250 раз
Если у усилителя максимальный уровень напряжения для 32 Ом равен 0.3 В / 3 мВт, то максимальная громкость наушников будет равна, дБ SPL

Чувствительность по отношению к напряжению берется прямо из графика АЧХ, там, где линии графика пересекают 1 кГц, по вертикальной шкале берется значение в дБ. По отношению к мощности значение отдельно пересчитывается. Знание чувствительности необходимо как для расчета максимальной громкости, которую могут развить наушники при использования конкретного усилителя, так и для расчета энергопотребления.

Для перевода чувствительности из дБ/В в дБ/мВт и наоборот предлагается ниже табличка.

Соотношение чувствительности дБ/В и дБ/мВт
	95 дБ/мВт	98 дБ/мВт	100 дБ/мВт	105 дБ/мВт	110 дБ/мВт
12 Ом, дБ/В
16 Ом, дБ/В
24 Ом, дБ/В
32 Ом, дБ/В
50 Ом, дБ/В
85 Ом, дБ/В
100 Ом, дБ/В
300 Ом, дБ/В
600 Ом, дБ/В

Если наушники на графике АЧХ на 1 кГц пересекают по вертикали значение 125 на 1 кГц и сопротивление наушников равно 50 Ом на 1 кГц, то смотрим строчку для 50 Ом. Значение 125 видно в столбце 110 дБ/мВт, что и есть чувствительность данных наушников в соотношении дБ/мВт. Если известно, что у наушников сопротивление 85 Ом, а чувствительность 105 дБ на 1 кГц, то смотрим строчку для 85 Ом и столбец 105 дБ/мВт, получаем значение 116 дБ/В. На таком уровне по вертикали будет пересекать график АЧХ значение 116 дБ по вертикали на 1 кГц.

В паспортных характеристиках зачастую пишется чувствительность наушников. Однако из-за отсутствия жесткого стандарта к конструкции измерительного стенда , у разных производителей чувствительность не сопоставима. К примеру, Sennheiser CX 550 Style II и AKG IP 2 обладают одинаковой чувствительностью, но в паспортных данных указано 114 дБ/1В на 1 кГц для CX 550 и 123 дБ/1В на 1 кГц для IP 2. На нашем стенде чувствительность наушников составила 128 дБ / 1 В на 1 кГц. Возникает закономерный вопрос, если данные так различаются, то стоит ли на чувствительность обращать внимание? Т.к. каждый производитель для определенных типов наушников использует зачастую один стенд, то благодаря нашим измерениям можно делать относительную поправку на чувствительность. Так же следует учесть, что разные производители измеряют чувствительность на разных частотах, например Sennheiser и AKG приводят чувствительность относительно 1 кГц, а Beyrdinamic по стандарту IEC 60268-7 - 500 Гц, что при разных АЧХ наушников дает разные результаты. Так же производитель может указать среднее значение для определенного частотного диапазона или наоборот пиковое значение по всему частотному диапазону. Производитель может привести чувствительность с поправкой на громкость звука представленного не для гармонического, а для шумового сигнала. В данном случае значение чувствительности будет ниже на 9 дБ.

Высокие значения чувствительности по отношению к 1В не должны пугать. Если у наушников вкладышей/затычек чувствительность оказалась на уровне 130 дБ/В, и при этом у наушников сопротивление 32 Ом, то в пересчет на мВт это будет всего 105 дБ, подобную цифру можно увидеть на многих коробках. Для примера взглянем на максимальное выходное напряжение у среднестатистического плеера.

Большинство плееров на низкоомной нагрузке выдают лишь 0.2~0.3В, что позволяет развить давление в данных наушниках лишь до 110 дБ. Однако это значение справедливо для синуса, а для музыкального сигнала с учетом его энергетической плотности значение опуститься еще примерно на 9~12 дБ и составит не более 101 дБ. В метро уровень шума на уровне 95 дБ. Получается, что вкладыши/затычки будут играть лишь на 6 дБ громче. Дополнительную разницу даст шумоизоляция затычек закрытого типа.

Так же важно, что чувствительность дает довольно приблизительные данные о том, с какой громкостью будут играть наушники.

В примере показаны наушники с формально одинаковой чувствительностью 114 дБ/В как для частоты 500 Гц, так и 1 кГц. Однако видно, что у одной модели на АЧХ подняты низкие и высокие частоты (оранжевый график), а у другой наоборот низкие и высокие частоты завалены (голубой график). В итоге первые наушники субъективно будут громко играть, а вторые тихо, несмотря на формальную одинаковую чувствительность. По этой причине ориентироваться нужно именно на графики с АЧХ , в то время как данные по чувствительности без АЧХ могут не показать полной картины.

Стенд как таковой может настраиваться разными способами, по шуму в открытом или номинальном пространстве, по синусу или другому сигналу. В зависимости от способа, значения будут различаться, при чем различия могут достигать до 10 дБ и выше. Предпочтение отдается субъективной экспертизе, при настройке на синусах в районе низких частот и узкополосном шуме на высоких. Наш стенд откалиброван по розовому шуму с частотным диапазоном 300 Гц - 2 кГц при субъективном сравнении громкости сигнала между наушниками и акустической системой.

Это позволяет оценить громкость тех или иных наушников в соответствии с акустическими системами. По данному методу ранее рекомендовалось субъективно вычислять АЧХ наушников в ГОСТ 28728-89 (метод прямого измерения - сравнительная частотная характеристика наушников в свободном поле).

Стоит обратить внимание на то, что жесткого стандарта как такового не существует и это дает возможность производителям указывать данные из маркетинговых соображений. Можно указать большую чувствительность для лучших продаж определенной модели, как более чувствительной, а можно занизить значение, что бы здравоохранительные органы не попрекали за пособничество в потери слуха у молодежи. Так же некоторые производители могут приводить чувствительность наушников исходя из чувствительности капсюля, не учитывая, что итоговая чувствительность наушника в сборе будет отличатся. Таким образом к данным на коробках стоит подходить с осторожностью.

Мы предлагаем результаты измерений, сделанных в одинаковых условиях, что позволяет проводить корреляцию данных между собой. Особое внимание стоит обратить на то, что чувствительность для больших наушников и вкладышей/затычек измеряется в одних и тех же условиях, что позволяет сопоставлять чувствительность наушников между собой.

Нельзя не упомянуть и о погрешности измерений. В зависимости от посадки наушников итоговое значение может колебаться в районе 3-4 дБ. Для полноразмерных наушников итоговая АЧХ является средним значением между АЧХ для правого и левого наушника. Таким образом данные выглядят как 103 ±2 дБ/В.

Существуют исследования, результаты которых определяют связь между громкостью и значениями в SPL

Значения SPL в дБ
Звук/Громкость	дБ
Порог слышимости
Тиканье наручных часов
Шепот
Звук настенных часов
Приглушенный разговор
Тихая улица
Обычный разговор
Шумная улица
Опасный для здоровья уровень
Пневматический молоток
Кузнечный цех
Громкая музыка (на дискотеке, концерте)
Болевой порог
Клепка, сирена
Реактивный самолет
Смертельный уровень
Шумовое оружие

Данные значения относятся к уровням громкости для акустических систем, с учетом повреждения внутренних тканей человека от низких частот. В наушниках низкие частоты действуют только на барабанную перепонку и не действуют на остальные участки тела - сердце, печень, мышечные ткани и т.п. По этому в наушниках порог на максимальную громкость, в целом выше, однако все равно следует помнить, что долгое прослушивание на высокой громкости до добра не доведет. Так же таблица показывает значения для гармонических сигналов. Т.к. музыкальный сигнал по спектральной плотности близок к шуму, то в целом громкость музыкального сигнала снижается на 9 дБ (из соотношения энергетической плотности синуса и шума, для синуса - 3 дБ, для шума - 12 дБ).

Представление чувствительности к напряжению удобны тем, что можно наглядно оценить зависимость громкости от подаваемого напряжения. Шаг в 6 дБ дает изменение напряжения в два раза. Зависимость изменения громкости от подаваемого напряжения логарифмическая. При выборе наушников можно так же сделать вывод, если у наушников А чувствительность равна 100 дБ, а у наушников Б - 106 дБ, то это значит, что наушники А будут играть с аналогичной громкостью как и наушники Б, если для них выставить у усилителя громкость в два раза выше.

Качество звука зависит в равной степени как от источника (плеера, смартфона, планшета), так и от наушников. Не получится добиться хорошего результата, делая акцент на одном звене цепи и забывая про другое. Отсутствие внешних шумов существенно улучшает восприятие, поэтому выбирайте наушники с максимальной степенью пассивной шумоизоляции. Лучший выбор в этом случае - внутриканальные «затычки» типа in-ear. Многое зависит и от качества записей. МР3 в данной ситуации не лучший вариант. По-настоящему естественное звучание возможно только при использовании аудиофайлов без сжатия (WAV) или со сжатием без потерь (APE, FLAC). Важно, чтобы выбранный вами гаджет поддерживал такие форматы.

Какой плеер предпочесть?

Специализированный аудиоплеер или смартфон?

Какие наушники выбрать?

Выбор наушников по параметрам

Главные критерии отбора наушников - качество их звучания и удобство ношения. Также важна пассивная шумоизоляция. Если же при всем этом вы хотите иметь приемлемый запас неискаженной громкости, то для вашего источника сигнала следует выбирать устройство, подходящие по электрическим параметрам.

лавные критерии отбора наушников - качество их звучания и удобство ношения. Также важна пассивная шумоизоляция. Если же при всем этом вы хотите иметь приемлемый запас неискаженной громкости, то для вашего источника сигнала следует выбирать устройство, подходящие по электрическим параметрам.

2 х 50 мВт или более