какую роль играет сопротивление в наушниках
Что значит сопротивление в наушниках и на что оно влияет
На что влияет сопротивление в наушниках
От чего это зависит:
Интересно! Независимо от импеданса модели, чтобы услышать разницу, необходимо послушать каждую модель отдельно, по возможности используя девайс, с которого будет исходить музыкальное сопровождение.
Для наушников разного форм-фактора действует тонкое определение высокого или низкого импеданса:
Обратите внимание! Сопротивление наушников указывают при максимальном напряжении, то есть на громкости 100 %. Слушать музыку на всей мощности не рекомендуется из-за опасности повредить органы слуха, что способно привести к полной глухоте.
Что ещё учитывать при выборе: импеданс и конструкция наушников
На самом деле, вопрос сопротивления наушников сложнее, чем кажется на первый взгляд. Часто вообще нельзя точно сказать, низкое оно или высокое. И вот почему.
Наушники не работают на одной частоте, а воспроизводят весь слышимый человеком спектр. Поэтому у них сложное сопротивление, значение которого зависит от частоты — такая характеристика называется импедансом. Именно его указывают на коробках с наушниками, беря сопротивление для частоты 1 кГц.
В разных наушниках характеристика импеданса отличается. Например, в динамических и планарно-магнитных моделях импеданс линейный. То есть если на коробке написано, что он равен 32 Ом, то это справедливо для всего диапазона частот. Следовательно, снижается зависимость от источника, поскольку падение напряжения на всех частотах примерно одинаковое — АЧХ не будет искажаться от разного выходного сопротивления.
Высокоомные наушники звучат лучше
Импеданс динамических Beyerdynamic DT 250 (250 Ом). Незначительный подъём сопротивления на низких частотах до 200 Гц. На остальном спектре импеданс линейный — зависимость от источника минимальна. Источник: Reference Audio Analyzer
Высокоомные наушники звучат лучше
Импеданс планарно-магнитных HIFIMAN He-400 (35 Ом). Значение сохраняется на всём спектре частот, поэтому зависимость от источника минимальна. Источник: Reference Audio Analyzer
В арматурных наушниках импеданс нелинейный. Однодрайверные модели имеют подъём сопротивления на высоких частотах, что улучшает их контроль и не вызывает трудностей с подбором источника. У импеданса многодрайверных наушников множество подъёмов и спадов, а его неравномерность на всём диапазоне может достигать 100 Ом. Вот и получается, что на одной частоте они низкоомные, а на другой уже высокоомные.
Высокоомные наушники звучат лучше
Импеданс арматурных Etymotic ER-4 (32 Ом на 1 кГц, 60 Ом на частотах выше 10 кГц). Высокий импеданс на ВЧ улучшает их контроль, что положительно сказывается на качестве звука. Источник: Reference Audio Analyzer
Высокоомные наушники звучат лучше
Импеданс многодрайверных FitEar 335 DW (57 Ом на 1 кГц, 112 Ом на 3 кГц). На частоте 10 кГц значение импеданса всего 17 Ом — нужен качественный источник, чтобы избежать искажений на ВЧ. Источник: Reference Audio Analyzer
Именно многодрайверные модели ведут себя непредсказуемо с разными источниками, особенно если те обладают высоким сопротивлением на выходе — разница в падении напряжения на разных частотах увеличивает неравномерность АЧХ. К тому же такие наушники могут подчеркнуть нелинейные искажения источника, поэтому им нужен качественный Hi-Fi плеер.
Высокоомные наушники звучат лучше
Влияние разного выходного сопротивления на АЧХ FitEar 335 DW. Чем выше выходное сопротивление источника, тем сильнее искажается АЧХ. Источник: Reference Audio Analyzer
Как подобрать наушники, учитывая их сопротивление
Чтобы разобраться, как выбирать наушники на основе импеданса, обратите внимание на выходное напряжение устройства для прослушивания музыки. У телефона этот показатель находится в пределах 150–300 мВ, чего хватает для раскачки модели с сопротивлением до 100 Ом. Подключать к смартфону или плееру модель с большим импедансом бессмысленно. Исключением выступает наличие внешнего усилителя, способного увеличить напряжение.
Важно! Узнать исходящее напряжения 3,5-мм разъема на устройстве зачастую невозможно, поскольку производитель его не указывает. Исключением выступают маркетинговые уловки или независимое изучение смартфона специалистами.
Для компьютера распространяется аналогичное правило: нужно знать выходное напряжение на порте наушников или акустического оборудования, подключенного к ПК. Лучше, если на стационарной системе установлена отдельная звуковая карта: она выдаст большее напряжение, нежели интегрированный аналог.
Что ещё учитывать при выборе: чувствительность
Обычно чем выше сопротивление наушников, тем ниже их чувствительность. Следовательно, требуется более высокое напряжение, чтобы вывести наушники на рабочую громкость. Маломощный усилитель тут не справится, а значит, добиться от такой связки достаточной громкости не получится. Для смартфонов лучше брать наушники с высокой чувствительностью (от 100 дБ/мВт). Если она ниже 95 дБ/мВт, скорее всего, наушникам потребуется мощный усилитель.
Однако низкое сопротивление не всегда означает, что наушники лёгкие на раскачку. Например, некоторые модели с планарно-магнитными излучателями могут быть низкоомными, но при этом чрезвычайно тугими. Так, MyST Ortophones при сопротивлении 18 Ом имеют чувствительность всего 77 дБ/мВт.
Высокоомные наушники звучат лучше
Есть также исключения, когда высокоомные наушники обладают достаточной чувствительностью для использования со смартфоном. Пожалуй, самый «народный» пример — Koss Porta Pro. При довольно высоком сопротивлении в 60 Ом их чувствительность составляет 101 дБ/мВт, чего достаточно для современного смартфона. Но даже если громкости хватает, звучание всё ещё страдает от нехватки усиления, что в первую очередь сказывается на низких частотах — с более мощным источником их проработка будет лучше.
Высокоомные наушники звучат лучше
Сопротивление на разных типах наушников
Импеданс, указанный на коробке, не всегда означает точные цифры, и сопротивление меняется в зависимости от типа драйвера наушников. Например, если сравнивать АЧХ наушников на разных частотах, должно быть так:
Что касается беспроводных моделей, то их импеданс играет аналогичную роль, как и в случае с проводными вариантами. Главным аспектом, чтобы подобрать подходящую модель, станет поддержка кодеков для передачи качественного звука через Bluetooth. К таковым относится aptX/aptX HD и LDAC. Дополнительный буст звуку дает устройство, с которого происходит воспроизведение музыки, установленный медиапроигрыватель и формат аудио.
Значит, если подводить итоги:
Наушники с высоким сопротивлением действительно дают лучший звук?
Да, правда. Как ни странно, высокоомные наушники — более простая нагрузка для источника звука. Это связано с тем, что на них подаётся меньший ток. (Помните закон Ома? I=U/R, где I — сила тока, U — напряжение на выходе источника звука, R — сопротивление наушников). Чем меньше сила тока, проходящего через усилитель гаджета, тем ниже уровень искажений.
Также высокое сопротивление снижает искажения от мембраны излучателя — она лучше контролируется и быстрее реагирует на изменения аудиосигнала. Такой эффект называется электрическим демпфированием. При его нехватке бас может срываться в гудение, а высокие частоты становиться грязными и сыпучими.
Высокоомные наушники звучат лучше
Выбор гарнитуры
Широкий выбор проводных гарнитур с микрофоном для работы или игр за компьютером позволяет подобрать необходимый вариант. Основными критериями при выборе обычно являются качество звука, износостойкость оголовья и наушников, удобство посадки. Гарнитура для колл-центра обычно имеет подключение через USB-порт и должна быть износостойкой, с шумоподавлением микрофона.
В модельной линейке любого бренда представлены наушники с различными акустическими и эргономическими характеристиками. В нашем каталоге представлены как обычные гарнитуры для компьютера (проводные наушники с микрофоном), так и беспроводные модели. Они ориентированы на использование в активном режиме – для ведения переговоров в офисе, дома или на ходу.
Выводы
В теории чем выше импеданс, тем лучше: наушники требуют меньше тока, снижаются уровень искажений и зависимость от источника. Нужно только учитывать мощность усилителя и чувствительность самих наушников.
В итоге для смартфона лучшим решением будут динамические и однодрайверные арматурные наушники с импедансом 16-50 Ом и чувствительностью от 100 дБ/мВт. С Hi-Fi плеером выбор уже шире — можно взять капризные многодрайверы или более высокоомные модели (до 100-120 Ом). В студии понадобятся мониторы с импедансом от 250 Ом, а к крутому домашнему усилителю подойдут тугие на раскачку планарно-магнитные наушники.
Сам по себе высокий импеданс ещё не гарантирует хороший звук — есть много других факторов, не затронутых в данной статье. Поэтому лучше выбирать наушники на слух, а не руководствоваться голыми цифрами. Тем не менее знание основы упростит выбор, ведь получится отбросить модели, которые однозначно не подойдут к вашему источнику. Иначе можно по незнанию взять к смартфону наушники хоть и низкоомные, но с низкой чувствительностью, и удивляться, почему звук такой тихий.
Что означает импеданс
Вне зависимости от вида устройства, которое используется для подачи звука, каждое имеет усилитель. Он отвечает за формирование колебаний выходного напряжения звуковых волн. За счет этого динамические головки передают звук. Однако средние значения напряжения сильно отличаются в зависимости от устройства.
На смартфонах усилитель звуковых частот имеет показатели в 200 миллиВольт.
Импеданс – это усредненное значение сопротивления, которое меняется в зависимости от частоты.
Основные виды гарнитур
Самый распространенный вид – это накладные наушники с микрофоном. Для них характерны мощные динамики, что обеспечивает отличное качество звука и шумоизоляцию. Головная гарнитура с качественным микрофоном для компьютера имеет крепкую дужку и удобно держится на голове, что немаловажно для работы оператора.
Цена часто становится определяющим фактором при выборе внутриканальных и вставных наушников. Именно их обычно выбирают для мобильного офиса. В условиях, когда нужна свобода передвижения, обычная гарнитура не подходит.
Самые лучшие модели наушников – мониторные. У них наиболее качественная и четкая передача звука. Несмотря на свою громоздкость, подобная гарнитура позволяет работать без возникновения дискомфорта. Микрофон в таких наушниках отличается хорошим уровнем шумоподавления.
Импеданс наушников. Мифы, заблуждения, опровержения
Содержание
Содержание
При выборе наушников покупатель часто оказывается в плену мифов, родившихся из непонимания, что делать с заявленными параметрами. И особенно импедансом, ведь напарником наушников является усилитель источника, которому со всем этим и предстоит работать.
Чтобы ответить на вопрос «Когда нужен более мощный усилитель?» надо понимать, что мода на мощность пошла из стационарной акустики, основная масса которой укладывается в диапазон импеданса 4–8 Ω. Большие размеры динамиков не дают разгуляться инженерной мысли по части других параметров, тогда как у большей части наушников импеданс от 16 до 600 Ω. По логике стационарной акустики — чем больше ватт, тем громче. А из курса физики все знают, что чем больше сопротивление, тем меньше ватт пойдет в нагрузку. В результате таких упрощений даже профессионалы зачастую ошибочно полагают, что это сработает и с наушниками.
Миф №1: чем больше импеданс, тем дольше плеер держит заряд
На самом же деле разряд батареи зависит от того, на какой громкости будут использоваться наушники и сколько ватт потребуется для поддержания этой громкости.
За громкость, которую должны выдать наушники, как ни странно, отвечает звукоизоляция. Чем она выше, тем меньше громкости потребуется от самих наушников. А на вопрос «сколько для этой громкости потребуют наушники ватт от плеера» отвечает чувствительность в dB SPL/mW. Которую и указывает большинство производителей (кроме Sennheiser). То есть плеер дольше проработает с наушниками закрытого типа и большей чувствительностью. Импеданс тут совершенно ни при чем.
Миф №2: импеданс можно замерить мультиметром
К сожалению, таким способом можно замерить только сопротивление постоянному току. Импеданс только выражается в омах, как если бы вместо реальной нагрузки в цепь был включен резистор для получения того же тока. Упрощенная электрическая модель динамика выглядит таким образом:
Замерить все это мультиметром, используя его в качестве омметра, невозможно. Но это может сделать звуковая карта компьютера с помощью программы REW по следующей схеме:
И по результатам замеров получется график импеданса и электрической фазы:
Как подобный график преобразуется производителем в единственную цифру остается только догадываться.
Миф №3: чем больше импеданс, тем мощнее нужен источник
Чтобы наушниками было комфортно пользоваться, они должны выдавать некоторый уровень громкости. К примеру, 95 dB SPL, как наиболее подходящее для прослушивания музыки без риска повреждения слуха.
Так как омы, ватты и вольты, и децибелы, взаимосвязаны, вывести одно из другого не составит труда:
Но, конечно, считать это никто не будет, поэтому можно воспользоваться табличкой для 95 dB SPL:
Таблица наглядно показывает, что омы тут — не самый важный параметр. У наушников такой разброс по чувствительности, что и разброс требуемой мощности для достижения нужной громкости становится большим. Но для выбора усилителя главным параметром тут выступает чувствительность не к мощности (dB SPL/mW), как указывает большинство производителей, а к напряжению (dB SPL/V). По ней очень просто определить сколько вольт должен отдать источник на наушники чтобы получить требуемое звуковое давление.
Для того, чтобы подобрать источник к наушникам чуть лучше, чем наугад, потребуется знать выдаваемое им напряжение.
Ошибка в подборе здесь — это не только недостаточная громкость, но и испорченные наушники.
Чтобы не ошибиться, потребуется документация производителя или обзор. Скорее всего будут указаны ватты: mW, dBm; или единицы напряжения: Vrms, Vpk, Vpp, dBu, dBV (о наличии каких-то единых стандартов приходится только мечтать).
Отсутствующие на схеме dBV, dBu и dBm это уже в логарифмической шкале. В отличие от обычных звуковых dB, где за точку отсчета используют звуковое давление порога слышимости, для dBV это 1 вольт, для dBu это напряжение, необходимое для получения 1 mW мощности на нагрузку 600 Ω округленно 0,775 V (но только для звука, в других областях точка отсчета будет другой).
В большинстве случаев телефоны и плееры, за исключением флагманских и Hi-Res способны выдать не более 0,4 V RMS, встроенные звуковые карты 0,7–2,2 V RMS, внешние 7 V RMS, бюджетные профессиональные звуковые карты 3–16 dBu. А вот стационарный Hi-Fi может подать на наушники и 50 V RMS. И это не шутка.
Казалось бы, достаточно посчитать требуемое напряжение, посмотреть табличку, и можно с уверенностью сказать, каким наушникам хватит и простенькой звуковой карты, а каким потребуется действительно мощный усилитель.
Но производители наушников не так просты. У каждого своя методика замера чувствительности и импеданса, начиная от выбора частоты или полосы частот для замеров, заканчивая тем, что идет в конечный результат: максимальное или среднее значение, которое (не)кстати можно рассчитать несколькими способами. Поэтому без независимых обзорщиков тут никак не обойтись.
Теперь переходим к ответу на вопрос из начала. Для получения 94dB SPL, используя Sennheiser HD 650 с чувствительностью 103 dB SPL/V и импедансом 300 Ω, требуется всего 0,279 V RMS и 0,225 mW. Большинство портативной техники такое обеспечит, но на улице и тем более в метро этого окажется недостаточно из-за высокого уровня шума и отсутствия звукоизоляции, ведь наушники открытого типа не для улицы.
С другой стороны, для Shure 1840 с чувствительностью 96 dB SPL/mW и импедансом 65 Ω для достижения той же громкости требуется 0,506 V RMS и 3,800 mW. То есть, для получения того же уровня громкости, требуется аппаратура классом выше. И пускай вас не смущают такие скромные цифры — в рабочем применении, когда требуются большие уровни звука, не каждый источник может выдать необходимую мощность без потерь басов или ограничений амплитуды. Это и послужило источником для следующего мифа.
Миф №4: чем больше импеданс, тем меньше искажений
В данном случае откуда взялся миф уже очевидно — это связано с перегрузкой источника. Если усилитель не может отдать нужный ток на наушники с низким сопротивлением и низкой чувствительностью, или емкости фильтра, который питает усилитель окажется недостаточно, это приведет либо к появлениям призвуков, либо к потере басов. В том же положении оказываются и выскоомные наушники из-за того, что при большом усилении может наступить клипинг усилителя
Конечно, подавляющее большинство источников, которые можно отнести к ширпотребу, с большей вероятностью столкнутся именно с ограничением по току, но покупая что-то экзотическое возможно все.
И снова омы сами по себе не влияют на искажения. Решающее значение оказывает чувствительность наушников, ведь при ее недостатке приходится выворачивать ручку усиления, и только после этого импеданс наушников оказывает влияние на ситуацию. А если усилитель работает без перегрузки, то отследить взаимосвязь импеданса и искажений не получается. Взять, к примеру, Sennheiser HD 660s (150 Ω) и Sennheiser HD 650 (300 Ω) — достаточно сравнить графики, где-то больше искажения, где-то меньше, без тотального преимущества какой-либо модели:
Для большей убедительности можно сравнить графики для других для моделей:
Картина аналогична — где-то искажений больше, где-то меньше.
И уж если разговор зашел про искажения, то следует упомянуть, что динамический диапазон слухового нерва всего 60 dB. Из-за этого расслышать искажения с уровнем меньше 0,1% в принципе невозможно. Но и это ерунда по сравнению с тем, что внутреннее ухо само является источником нелинейных искажений, достигающих 14% и более, из-за которых расслышать менее 1,5% можно только в особых случаях. Например, в звуке струнных инструментов, у которых моды струн близки к гармоникам динамика, и то, при условии, что они еще и по уровню близки, чтобы образовать биения двух близких частот, а это случается нечасто. То есть между указанными наушниками разницу в искажениях не каждый профессионал найдет.
Есть и другой тип искажений — линейный. К данному типу искажений относится изменение фазы, амплитуды, задержки. Про фазу и задержку в зависимости от импеданса даже и рассказать нечего. Да — зависимость есть, и да — она настолько маленькая, что расслышать ее не удастся ни с какими наушниками из-за очень маленькой массы излучателя. А вот с амплитудой главным виновником опять является усилитель, а именно его эквивалентное внутреннее сопротивление. От наушников тут участвует разница между максимальным и минимальным импедансом. Изменение громкости и тут можно высчитать:
И вот, наконец-то, первое подтверждение преимущества высокомных наушников. Они не так сильно теряют громкость с ростом внутреннего сопротивления усилителя:
Но, когда дело касается изменения АЧХ, уже не все так однозначно.
В данном случае это изменение составит около 2,2 dB с источником 300 Ω
Тогда как у представителя низкоомных разница будет 1,5 dB
И снова, импеданс наушников, заявляемый производителем, не влияет, но уже на уровень линейных искажений. Угадать поведение можно по типу наушников. У изодинамических наушников импеданс практически не зависит от частоты. Обычные динамические имеют максимум импеданса на частоте резонанса динамика и небольшой рост с повышением частоты. А у арматурных наушников с ростом частоты импеданс растет. Совокупность же всех этих мифов породила следующий миф.
Миф №5: дорогие наушники требуют дорогой звуковой карты
Типичная ситуация: пользователь покупает дорогие наушники, вставляет их в свой компьютер, и слышит что-то невразумительное. Как ни странно, в большинстве случаев это связано c неправильным выбором выхода звуковой карты. Если открыть Datasheet на уже устаревший Realtek 1150, то можно увидеть:
Конечно, производителю ничего не мешает изменить результат как в худшую, так и в лучшую сторону. Поэтому проверяем импеданс звуковой карты самостоятельно, с помощью резистора и мультиметра. Для этого достаточно померить напряжение под нагрузкой и без, и посчитать по результатам замеров внутреннее сопротивление выхода:
Но, что более интересно — результирующая АЧХ наушников куда больше зависит от того, как они сидят на голове, а также от состояния амбушюр.
Серый график — это результат 5 замеров зависимости от положения на голове — разница достигает 5 dB и более. На этом фоне изменение на несколько децибел от внутреннего сопротивления звуковой карты — не повод для паники.
Наглядная демонстрация причины появления гневных комментариев к наушникам, которые долго держатся на рынке. Пользователь покупает новые наушники взамен сломавшихся старых, и слышит разницу. Но причина не в плохой модели, а в просевших амбушюрах.
Куда более важным является потеря баса из-за неспособности усилителя выдать нужный ток.Чтобы это проверить можно воспользоваться программой RMAA и второй половинкой импровизированного стенда:
Вживую выглядит еще более запутанно:
По результатам теста видно, что Realtek 1220 в исполнении Gigabyte не теряет бас.
А уровень искажений находится за гранью возможностей человеческого уха, даже если не учитывать тот факт, что запись велась на линейный вход, вносящий дополнительные искажения
Но не у всех встроенных звуковых карт все так радужно, особенно на выходах без усиления, которые предназначены не для наушников, а для усилителя динамиков.
Миф №6: плохая звукоизоляция открытых наушников делает их звучание ближе к колонкам
Очень стойкий миф, на который покупаются даже профи с многолетним стажем.
Основой тут послужил, конечно, личный опыт, против которого, как известно, не попрешь. Но конкретно плохая звукоизоляция тут ни при чем.
Динамик находится буквально на расстоянии 1 см от ушной раковины, тогда как расстояние до второго уха порядка 25 см, что дает в итоге 30 dB снижения громкости в области баса только за счет расстояния. Так же сюда следует добавить эффект, возникающий в замкнутых пространствах, из-за которого происходит подъем уровня громкости 12 дБ на октаву, при снижении частоты звука. Для наушников охватывающего типа этот подъем начинается с 1 кГц, для внутриканальных — с 3 кГц.
В сумме все эти эффекты делают невозможным восприятие звука противоположным ухом.
Влияние на стереоэффект тут оказывает не подмешивание каналов, а резонансы и переотражения внутри чашки наушников. И производители прекрасно об этом знают.
Ну а в самых дорогих наушниках «открытость» достигает такой степени, что драйвер видно снаружи, а борьба с резонансами доходит до применения стекла с большим модулем упругости.