ДомойТехноІмпеданс навушників. Міфи, помилки, спростування

Імпеданс навушників. Міфи, помилки, спростування

Author

Date

Category

Вибираючи навушники, покупець часто опиняється в полоні міфів, що народилися з нерозуміння, що робити із заявленими параметрами. І особливо імпедансом, адже напарником навушників є підсилювач джерела, якому з усім цим і належить працювати.

Щоб відповісти на запитання «Коли потрібен потужніший підсилювач?», треба розуміти, що мода на потужність пішла зі стаціонарної акустики, основна маса якої вкладається в діапазон імпедансу 4-8 Ω. Великі розміри динаміків не дають розгулятися інженерній думці щодо інших параметрів, тоді як у більшої частини навушників імпеданс від 16 до 600 Ω. За логікою стаціонарної акустики — що більше ват, то голосніше. А з курсу фізики всі знають, що чим більший опір, тим менше ват піде в навантаження. У результаті таких спрощень навіть професіонали часто помилково вважають, що це спрацює і з навушниками.

Міф №1: що більший імпеданс, то довше плеєр тримає заряд

Насправді ж розряд батареї залежить від того, на якій гучності будуть використовуватися навушники і скільки ват буде потрібно для підтримки цієї гучності.

За гучність, яку мають видати навушники, як не дивно, відповідає звукоізоляція. Що вона вища, то менше гучності потрібно від самих навушників. А на питання «скільки для цієї гучності зажадають навушники ват від плеєра» відповідає чутливість у dB SPL/mW. Яку і вказує більшість виробників (крім Sennheiser). Тобто плеєр довше пропрацює з навушниками закритого типу і більшою чутливістю. Імпеданс тут абсолютно ні до чого.

Міф №2: імпеданс можна заміряти мультиметром

На жаль, таким способом можна заміряти тільки опір постійному струму. Імпеданс тільки виражається в омах, як якщо б замість реального навантаження в ланцюг було включено резистор для отримання того ж струму. Спрощена електрична модель динаміка має такий вигляд:

Заміряти все це мультиметром, використовуючи його як омметр, неможливо. Але це може зробити звукова карта комп’ютера за допомогою програми REW за такою схемою:

І за результатами вимірів отримаємо графік імпедансу та електричної фази:

Як подібний графік перетворюється виробником в єдину цифру залишається тільки здогадуватися.

Міф №3: що більший імпеданс, то потужнішим потрібне джерело

Щоб навушниками було комфортно користуватися, вони мають видавати певний рівень гучності. Наприклад, 95 dB SPL, як найбільш підходящий для прослуховування музики без ризику пошкодження слуху.

Оскільки оми, вати, вольти і децибели взаємопов’язані, вивести одне з іншого не складе труднощів:

Але, звичайно, рахувати це ніхто не буде, тому можна скористатися табличкою для 95 dB SPL:

Таблиця наочно показує, що оми тут — не найважливіший параметр. У навушників такий розкид за чутливістю, що і розкид необхідної потужності для досягнення потрібної гучності стає великим. Але для вибору підсилювача головним параметром тут виступає чутливість не до потужності (dB SPL/mW), як вказує більшість виробників, а до напруги (dB SPL/V). За нею дуже просто визначити скільки вольт має віддати джерело на навушники, щоб отримати необхідний звуковий тиск.

Для того, щоб підібрати джерело до навушників трохи краще, ніж навмання, потрібно знати напругу, яку воно видає.

Помилка в підборі тут — це не тільки недостатня гучність, а й зіпсовані навушники.

Щоб не помилитися, потрібна документація виробника або огляд. Найімовірніше будуть вказані вати: mW, dBm; або одиниці напруги: Vrms, Vpk, Vpp, dBu, dBV (про наявність якихось єдиних стандартів доводиться тільки мріяти).

Відсутні на схемі dBV, dBu і dBm це вже в логарифмічній шкалі. На відміну від звичайних звукових dB, де за точку відліку використовують звуковий тиск порога чутності, для dBV це 1 вольт, для dBu це напруга, необхідна для отримання 1 mW потужності на навантаження 600 Ω, округляючись до 0,775 V (але тільки для звуку, в інших областях точка відліку буде іншою).

У більшості випадків телефони і плеєри, за винятком флагманських і Hi-Res здатні видати не більше 0,4 V RMS, вбудовані звукові карти 0,7-2,2 V RMS, зовнішні 7 V RMS, бюджетні професійні звукові карти 3-16 dBu. А ось стаціонарний Hi-Fi може подати на навушники і 50 V RMS. І це не жарт.

Здавалося б, досить порахувати необхідну напругу, подивитися табличку, і можна з упевненістю сказати, яким навушникам вистачить і простенької звукової карти, а яким знадобиться дійсно потужний підсилювач.

Але виробники навушників не такі прості. У кожного своя методика виміру чутливості та імпедансу, починаючи від вибору частоти або смуги частот для вимірів, закінчуючи тим, що входить до кінцевого результату: максимальне або середнє значення, яке (не)до речі можна розрахувати кількома способами. Тому без незалежних оглядачів тут ніяк не обійтися.

Тепер переходимо до відповіді на запитання з початку. Для отримання 94dB SPL, використовуючи Sennheiser HD 650 з чутливістю 103 dB SPL/V та імпедансом 300 Ω, потрібно всього 0,279 V RMS і 0,225 mW. Більшість портативної техніки таке забезпечить, але на вулиці і тим паче в метро цього виявиться недостатньо через високий рівень шуму і відсутність звукоізоляції, адже навушники відкритого типу не для вулиці.

З іншого боку, для Shure 1840 з чутливістю 96 dB SPL/mW та імпедансом 65 Ω для досягнення тієї ж гучності потрібно 0,506 V RMS і 3,800 mW. Тобто, для отримання того ж рівня гучності, потрібна апаратура класом вище. І нехай вас не бентежать такі скромні цифри — в робочому застосуванні, коли потрібні великі рівні звуку, не кожне джерело може видати необхідну потужність без втрат басів або обмежень амплітуди. Це і послужило джерелом для наступного міфу.

Міф №4: що більший імпеданс, то менше спотворень

У цьому разі звідки взявся міф уже очевидно — це пов’язано з перевантаженням джерела. Якщо підсилювач не може віддати потрібний струм на навушники з низьким опором і низькою чутливістю, або ємності фільтра, який живить підсилювач, виявиться недостатньо, це призведе або до появи призвуків, або до втрати басів. У тому ж становищі опиняються і високоомні навушники через те, що за великого посилення може настати кліпінг підсилювача

Звісно, переважна більшість джерел, які можна віднести до ширвжитку, з більшою ймовірністю зіткнуться саме з обмеженням за струмом, але купуючи щось екзотичне, можливо все.

І знову оми самі по собі не впливають на спотворення. Вирішальне значення має чутливість навушників, адже за її нестачі доводиться вивертати ручку посилення, і тільки після цього імпеданс навушників впливає на ситуацію. А якщо підсилювач працює без перевантаження, то відстежити взаємозв’язок імпедансу і спотворень не виходить. Взяти, приміром, Sennheiser HD 660s (150 Ω) і Sennheiser HD 650 (300 Ω) — досить порівняти графіки, десь більші спотворення, десь менші, без тотальної переваги будь-якої моделі:

Для більшої переконливості можна порівняти графіки для інших для моделей:

Картина аналогічна — десь спотворень більше, десь менше.

І вже якщо розмова зайшла про спотворення, то слід згадати, що динамічний діапазон слухового нерва всього 60 dB. Через це розчути спотворення з рівнем менше 0,1% у принципі неможливо. Але і це дурниця порівняно з тим, що внутрішнє вухо саме є джерелом нелінійних спотворень, що досягають 14% і більше, через які розчути менше 1,5% можна тільки в особливих випадках. Наприклад, у звуці струнних інструментів, у яких моди струн близькі до гармонік динаміка, і то, за умови, що вони ще й за рівнем близькі, щоб утворити биття двох близьких частот, а це трапляється нечасто. Тобто між зазначеними навушниками різницю в спотвореннях не кожен професіонал знайде.

Є й інший тип спотворень — лінійний. До цього типу спотворень належить зміна фази, амплітуди, затримки. Про фазу і затримку залежно від імпедансу навіть і розповісти нічого. Так — залежність є, і так — вона настільки маленька, що розчути її не вдасться ні з якими навушниками через дуже маленьку масу випромінювача. А ось з амплітудою головним винуватцем знову є підсилювач, а саме його еквівалентний внутрішній опір. Від навушників тут бере участь різниця між максимальним і мінімальним імпедансом. Зміну гучності і тут можна вирахувати:

І ось, нарешті, перше підтвердження переваги високогучних навушників. Вони не так сильно втрачають гучність зі зростанням внутрішнього опору підсилювача:

Але, коли справа стосується зміни АЧХ, уже не все так однозначно.

У цьому випадку ця зміна становитиме близько 2,2 dB з джерелом 300 Ω

Тоді як у представника низькоомних різниця буде 1,5 dB

І знову, імпеданс навушників, заявлений виробником, не впливає, але вже на рівень лінійних спотворень. Вгадати поведінку можна за типом навушників. У ізодинамічних навушників імпеданс практично не залежить від частоти. Звичайні динамічні мають максимум імпедансу на частоті резонансу динаміка і невелике зростання з підвищенням частоти. А в арматурних навушників зі зростанням частоти імпеданс зростає. Сукупність же всіх цих міфів породила наступний міф.

Міф №5: дорогі навушники вимагають дорогої звукової карти

Типова ситуація: користувач купує дорогі навушники, вставляє їх у свій комп’ютер і чує щось незрозуміле. Як не дивно, у більшості випадків це пов’язано з неправильним вибором виходу звукової карти. Якщо відкрити Datasheet на вже застарілий Realtek 1150, то можна побачити:

Звичайно, виробникові нічого не заважає змінити результат як у гірший, так і в кращий бік. Тому перевіряємо імпеданс звукової карти самостійно, за допомогою резистора і мультиметра. Для цього достатньо поміряти напругу під навантаженням і без, і порахувати за результатами вимірів внутрішній опір виходу:

Але, що цікавіше — результуюча АЧХ навушників значно більше залежить від того, як вони сидять на голові, а також від стану амбушур.

Сірий графік — це результат 5 вимірів залежності від положення на голові — різниця сягає 5 dB і більше. На цьому тлі зміна на кілька децибел від внутрішнього опору звукової карти — не привід для паніки.

Наочна демонстрація причини появи гнівних коментарів до навушників, які довго тримаються на ринку. Користувач купує нові навушники замість старих, що зламалися, і чує різницю. Але причина не в поганій моделі, а в амбушюрах, що просіли.

Куди важливішою є втрата баса через нездатність підсилювача видати потрібний струм, щоб це перевірити, можна скористатися програмою RMAA і другою половинкою імпровізованого стенда:

Наживо виглядає ще більш заплутано:

За результатами тесту видно, що Realtek 1220 у виконанні Gigabyte не втрачає бас.

А рівень спотворень перебуває за межею можливостей людського вуха, навіть якщо не враховувати той факт, що запис вівся на лінійний вхід, що вносить додаткові спотворення

Але не у всіх вбудованих звукових карт все так райдужно, особливо на виходах без посилення, які призначені не для навушників, а для підсилювача динаміків.

Міф №6: погана звукоізоляція відкритих навушників робить їхнє звучання ближчим до колонок

Дуже стійкий міф, на який купуються навіть профі з багаторічним стажем.

Основою тут послужив, звичайно, особистий досвід, проти якого, як відомо, не попреш. Але конкретно погана звукоізоляція тут ні до чого.

Динамік розміщений буквально на відстані 1 см від вушної раковини, тоді як відстань до другого вуха близько 25 см, що дає в підсумку 30 dB зниження гучності в області баса тільки за рахунок відстані. Так само сюди слід додати ефект, що виникає в замкнутих просторах, через який відбувається підйом рівня гучності на 12 дБ на октаву, при зниженні частоти звуку. Для навушників охоплювального типу цей підйом починається з 1 кГц, для внутрішньоканальних — з 3 кГц.

Крутизна підйому і максимальна добавка залежить від герметичності, переконатися може будь-хто, сильніше притиснувши навушники. З підвищенням частоти, навіть у навушників відкритого типу проявляється близьк о-20 dB звукоізоляції, і її треба враховувати двічі. Крім цього, позначається ефект спрямованості звуку:

У сумі всі ці ефекти унеможливлюють сприйняття звуку протилежним вухом.

Вплив на стереоефект тут чинить не підмішування каналів, а резонанси і перевідбиття всередині чашки навушників. І виробники прекрасно про це знають.

Ну а в найдорожчих навушниках «відкритість» досягає такої міри, що драйвер видно зовні, а боротьба з резонансами доходить до застосування скла з великим модулем пружності.

Висновки

  1. Імпеданс навушників виражає всього лише еквівалентний опір в омах і сам по собі без інших параметрів не має ніякого іншого сенсу
  2. Чутливість навушників у dB SPL/mW дає змогу приблизно оцінити, з якими навушниками портативний пристрій пропрацює трохи довше.
  3. Імпеданс навушників не впливає на спотворення, створювані самими навушниками, уподобання джерела до імпедансу залежать від схемотехніки.
  4. Найбільш проблемні навушники з низькою чутливістю і низьким імпедансом — більшість магнепланарних навушників.
  5. Найчастіше для виміру паспортних характеристик використовують такі методики, що порівнювати за ними навушники безглуздо, навіть якщо це моделі одного виробника.

P.S. Коли кажуть «вистачить навіть для 600-омних», зазвичай мають на увазі саме Beyerdynamic DT990 або DT770 як еталон «тугих» навушників.

Linda Barbara

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Vestibulum imperdiet massa at dignissim gravida. Vivamus vestibulum odio eget eros accumsan, ut dignissim sapien gravida. Vivamus eu sem vitae dui.

Recent posts

Recent comments