Как подобрать подходящий усилитель для наушников по характеристикам
Иногда пользователи спрашивают “раскачает ли этот усилитель мои наушники?”.
Ответов на этот вопрос может быть несколько.
Само представление о том, что такое “раскачать”, обычно имеет два смысловых определения.
Первый вариант – это достаточная конечная громкость связки из усилителя и наушников, где звук чистый, без явных искажений.
Второй вариант – это конечный характер звука, который дает ощущение, что усилитель полностью раскрыл потенциал наушников или позволил получить некий “правильный звук”. Представление о том, какой звук правильный, у каждого свое и дополнительно зависит от внешних условий прослушивания. Соответственно, общие краткие характеристики в виде чувствительности наушников и мощности усилителя характер звука не показывают.
Таким образом, максимальную громкость можно посчитать по публикуемым характеристикам, а характер звучания можно предположить лишь косвенно при наличии отдельных графиков.
Наилучшим вариантом подбора усилителя будут следующие действия. Сначала подобрать связки, обеспечивающие необходимую громкость без явных искажений. После, по возможности, их послушать самому или опереться на мнения тех, кто имеет схожий вкус или условия прослушивания. Условия прослушивания важно учитывать, так как кто-то слушает музыку для того, чтобы расслабится, кто-то наоборот хочет получить заряд бодрости, а кто-то работает со звуком. Кто-то наушники слушает в офисе, а кто-то в шумном транспорте и это все ожидаемо дает противоречивые отзывы об одной и той же модели и порождает бесконечные споры о характере звука в виде вялый/спокойный, пронзительно-кричащий/детальный и т.п..
Еще можно погружаться в множество графиков при их наличии, но в любом случае в конечном счете надо будет слушать связку самостоятельно. Задача графиков и сторонних мнений – это сократить выбор и отсеять то, что точно не подойдет.
Громкость прослушивания и связь с характеристиками
Не всегда очевидно, что музыку мы слушаем на разной громкости, днем в шумном транспорте “громко”, а поздно вечером “тихо”, и при этом субъективно кажется, что это было примерно одинаково с условной средней громкостью. Из-за этого необходимо сперва понять, на какой громкости реально слушается музыка и уже под эту громкость подбирать усилитель. Излишняя мощность усилителя иногда обходится дорого, либо могут быть различные недостатки или сложности при использовании мощного усилителя на малой громкости.
Для наушников приводят характеристику чувствительности к напряжению (как это указано у нас) или мощности и дополнительно сопротивление (импеданс). Для усилителей обычно указывают максимальную мощность в мВт для конкретного сопротивления наушников.
Громкость звукового давления и чувствительность наушников выражается в децибелах. “Громкость” усилителя к сожалению выражается в иной системе координат (так сложилось исторически) через мощность в милливаттах, из-за чего значения цифр “громкости наушников” и “громкости усилителя” нельзя просто складывать или умножать.
Так как музыка не является статичным синусом, а по времени имеет неравномерность по громкости, то достаточная мощность рассчитывается по пиковым значениям, а средний уровень громкости мы воспринимаем тише. Таким образом, если мы будем ориентироваться на уровни громкости как 60, 85 и 110 дБ SPL, как “тихо”, “средне” и “громко”, то расчет надо производить для мощности с запасом, к примеру на +10 дБ как 70, 95 и 120 дБ SPL.
Если планируется слушать записи винила или работать со звуком, где запись не компресирована, то запас по громкости нужно закладывать порядка +20 дБ.
Более удобно при расчетах этот запас закладывать не в конечное пиковое звуковое давление, а в чувствительность наушников. Например, если у нас модель обладает чувствительностью 100 дБ/В SPL и нужен запас в +20 дБ, то при расчетах мы можем просто принять чувствительность этих наушников как 80 дБ/В SPL и не корректировать конечное звуковое давление.
Другими словами, наушникам с чувствительностью 80 дБ/В SPL для достижения 85 дБ SPL потребуется столько же мощности, сколько и для наушников с чувствительностью 100 дБ/В SPL для 105 дБ SPL.
Для наглядности предлагаем таблицы рекомендуемой мощности от усилителей для наушников исходя из громкости прослушивания и чувствительности наушников.
Мощность и сопротивление наушников
Исторически громкость усилителей для акустических систем выражают через характеристику мощности в ваттах. К сожалению, такой подход часто запутывает потребителей, т.к. с точки зрения физики “громкость” усилителя определяется иначе. Регулятором громкости на выходе усилителя выставляется напряжение, и именно его изменение пропорционально изменению громкости. В зависимости от сопротивления наушников и выставленного напряжения, усилитель будет отдавать ток. Чем ниже будет сопротивление наушников, тем больше ток они будут потреблять. Если будет превышен порог отдаваемого тока, то возникнут нежелательные искажения в звуке. Т.е. не меняя уровень напряжения и сопротивление наушников нельзя повлиять на громкость через изменение уровня тока – можно только создать дополнительный запас или наоборот недостаточный уровень для качественного звучания.
Если не трогать ручку громкости, но подключать наушники с разным сопротивлением, то усилитель будет отдавать разное количество тока. При этом потребление тока будет изменяться обратно пропорционально изменению сопротивления наушников.
Выходная мощность – это произведение напряжения и тока. Если на выходе усилителя регулятором громкости выставить максимальный уровень напряжения и подключать наушники с разным сопротивлением, то будет фиксироваться разная выходная мощность. Чем будет выше сопротивление наушников, тем и мощность будет ниже. Например, если для 150 Ом мощность будет равна 200 мВт, то для 300 Ом мощность будет равна уже 100 мВт, а для 600 Ом 50 мВт. Таким образом, абсолютно нормально выглядит ситуация, что для высоокоомных наушников усилители всегда выдают меньшую мощность, чем для низкоомных. И для высокоомных наушников нужен не столько более “мощный” усилитель, сколько усилитель, способный выставить более высокое напряжение на выходе.
Соответственно, в сторону низкоомных наушников мощность у усилителя наоборот будет увеличиваться, но до тех пор, пока уровень выходного тока не превысит максимальный для данного усилителя. Например, если мы посчитаем предполагаемую мощность в сторону низкоомных наушниках из примера выше, то для 75 Ом мощность должна быть как 400 мВт с выходным током 73 мА, а для 37 Ом мощность будет равна 800 мВт при 146 мА.
Если у усилителя ток ограничен как 100 мА, то при такой выставленной громкости тока не хватит и качество звучания будет сильно искажено (он будет хрипеть, трещать или уйдет в защиту). Соответственно мощность будет определяться по максимальному неискаженному уровню при меньшем уровне напряжения, где выходной ток не будет превышать 100 мА. Для 37 Ом это будет напряжение 3.7 В вместо 5.5 В, а мощность будет равна 375 мВт.
Таким образом, максимальная мощность для низкоомных моделей наушников обычно ограничена выходным уровнем тока и максимум бывает лишь для определенного сопротивления наушников.
Так как для каждого сопротивления наушников усилитель выдает разный уровень мощности, то производители обычно указывают не просто абстрактную максимальную мощность, а разные значения для определенных номиналов сопротивлений наушников. Чаще всего, это 32 Ом и 300 Ом. Если среди характеристик нет нужного номинала сопротивления, то можно примерно рассчитать уровень мощности через кратное изменение искомого сопротивления наушников и приведенных паспортных данных, как в примерах выше.
Если кратное изменение уровня громкости пропорционально кратному изменению выставляемого напряжения, то кратное изменение уровня громкости пропорционально квадратичному изменению уровня мощности. Из-за квадратичной зависимости разница в мощности между усилителями выглядит внушительно, но субъективно является незначительной.
Для наглядности ниже представлены таблицы необходимой мощности для разных номиналов сопротивления наушников с учетом их чувствительности к напряжению и громкости прослушивания.
Необходимая мощность усилителя в мВт в зависимости от сопротивления наушников
Необходимую мощность усилителя нужно сравнивать с заявленной мощностью усилителя при значении нагрузки 24 Ом.
Чувствительность наушников, дБ/В SPL
Тихо – 60 дБ SPL
Средне – 85 дБ SPL
Громко – 110 дБ SPL
120
0,00004 мВт
0,013 мВт
4,17 мВт
110
0,0004 мВт
0,132 мВт
41,7 мВт
100
0,0041 мВт
1,317 мВт
416 мВт
90
0,0416 мВт
13,17 мВт
4167 мВт
80
0,4167 мВт
131,7 мВт
41667 мВт
Необходимую мощность усилителя нужно сравнивать с заявленной мощностью усилителя при значении нагрузки32 Ом.
Чувствительность наушников, дБ/В SPL
Тихо – 60 дБ SPL
Средне – 85 дБ SPL
Громко – 110 дБ SPL
120
0,00003 мВт
0,0098 мВт
3,125 мВт
110
0,0003 мВт
0,0988 мВт
31,25 мВт
100
0,003 мВт
0,988 мВт
312,5 мВт
90
0,03 мВт
9,88 мВт
3125 мВт
80
0,31 мВт
98,82 мВт
31250 мВт
Необходимую мощность усилителя нужно сравнивать с заявленной мощностью усилителя при значении нагрузки 42 Ом.
Чувствительность наушников, дБ/В SPL
Тихо – 60 дБ SPL
Средне – 85 дБ SPL
Громко – 110 дБ SPL
120
0,0000238 мВт
0,0075 мВт
2,38 мВт
110
0,000238 мВт
0,075 мВт
23,8 мВт
100
0,00238 мВт
0,75 мВт
238 мВт
90
0,0238 мВт
7,5 мВт
2380 мВт
80
0,238 мВт
75 мВт
23809 мВт
Необходимую мощность усилителя нужно сравнивать с заявленной мощностью усилителя при значении нагрузки 285 Ом.
Чувствительность наушников, дБ/В SPL
Тихо – 60 дБ SPL
Средне – 85 дБ SPL
Громко – 110 дБ SPL
120
0,0000035 мВт
0,0011 мВт
0,35 мВт
110
0,000035 мВт
0,011 мВт
3,5 мВт
100
0,00035 мВт
0,11 мВт
35 мВт
90
0,0035 мВт
1,1 мВт
350 мВт
80
0,035 мВт
11 мВт
3508 мВт
Как читать таблицу:
если мы хотим достичь среднего уровня громкости (85 дБ SPL) для наушников с сопротивлением 24 Ом и чувствительностью 110дБ/В SPL, применяем следующий алгоритм:
Учитываем запас по громкости в +20 дБ (например для воспроизведения оцифровок винила) и получаем необходимую мощность усилителя по наушникам с условной чувствительностью 90 дБ/В SPL как 13.17 мВ
Чтобы понять подходит ли усилитель нужно преобразовать его мощность которая может быть указана для другого сопротивления к необходимым нам 24 Ом.
Например усилитель Kennerton Atlas имеет мощность 160 мВт при 32 Ом, что при пересчете на наушники 24 Ом становится примерно 240 мВт, а значит его более чем достаточно для наушников заданной чувствительностью.
При подборе условной чувствительности стоит выбирать ближайшее минимальное значение. Например, если у наушников чувствительность равна 115 дБ/B SPL, запас принят как 9 дБ, то условная чувствительность получается как 106 дБ/B SPL. Ближайшим значением в таблице будет 100 дБ/B SPL.
Таким образом, исходя из публикуемых характеристик производителями можно достаточно точно определить совместимость усилителя с наушниками с точки зрения конечной громкости.
Надо ли стремится к наиболее мощным моделям усилителей?
Если взять усилитель с избыточной мощностью, то можно столкнуться со сложностью регулировки малого уровня громкости, фоновым шумом или кратно увеличенной ценой.
Характер звучания и синергия – только слушать и помнить о том, что у каждого свои предпочтения и вполне нормально, что слушатели делятся противоречивыми отзывами о том, какой усилитель как “раскачивает” те или иные наушники.
Автор: Роман Кузнецов. RAA (https://reference-audio-analyzer.pro/)
Важное замечание: Разные производители указывают в рекламных целях разные типы мощности, пиковую, краткосрочную, или потребляемую. Для расчета совместимости нужно использовать только номинальную мощность. Это мощность, которую усилитель способен выдавать длительное время при минимальных гармонических искажениях.
