На примере компьютерной звуковой карты это будет выглядеть так. Предположим, что это современная звуковая, рассчитанная на подключение высокоомных наушников. У такой карты максимальным уровнем напряжения будет к примеру 7 VRMS или 17 dBV.
Цепочка тракта получается как «ЦАП->Усилитель». Предположим, что сам усилитель никакого шума не добавляет, его соотношение сигнал/шум за 200 дБ, а сигнал/шум цепочки «ЦАП->Усилитель» напрямую зависит от ЦАП. Соответственно, если соотношение сигнал/шум у ЦАП будет 110 дБ, то и у цепочки «ЦАП->Усилитель» он будет таким же. При этом уровень полезного сигнала будет как 17 dBV, а уровень фонового шума как 17 dBV — 110 дБ = -93 dBV.
Теперь начинаем регулировать громкость. У звуковых карт регулировка поголовно или программная или через регулятор в ЦАП (аналогично в цифре за счет ресурсов самого ЦАП, как например в Creative AE5). Если мы понизим уровень на 60 дБ для комфортного прослушивания музыки в низкоомных высокочувствительных наушниках, то получим уровень 17 dBV — 60 дБ = -43 dBV, а соотношение сигнал с выхода ЦАП упадет до 50 дБ (110 дБ -60 дБ = 50 дБ). Через напряжения полезного и фонового напряжения это -43 dBV-(-93 dBV) = 50 дБ.
Т.е. уровень полезного сигнала мы уменьшили, а уровень фонового шума остался прежним. Это будет справедливо для усилителя с нулевым сопротивлением.
Если мы возьмем усилитель с не нулевым сопротивлением, то при подключении низкоомных наушников у нас снизится напряжение «после» усилителя.
При подключении нагрузки (в виде наушников) в 20 Ом мы видим на графике значение -24 dBV. Это значит, что при подключении таких наушников усилитель будет работать тише на 24 дБ!
Т.е. при подключении наушников с сопротивлением в 20 Ом к усилителю с сопротивлением 300 Ом у нас уровень напряжение снизится на 24 дБ и полезный сигнал и фоновый шум. Т.е. на выходе будет полезное напряжение как 17 dBV — 24 дБ = — 7 dBV, а фоновый шум как -93 dBV — 24 дБ = -117 dBV.
И в этом случае мы до ЦАП снижаем уровень не на 60 дБ для получения -43 dBV, а только на 36 дБ и получаем как — 7 dBV — 36 = -43 dBV при фоновом шуме в -117 dBV. И соотношение сигнал шум у нас уже будет не 50 дБ, а 74 дБ (-43 dBV — -117 dBV = 74 дБ).
В тех случаях, когда используется аналоговый регулятор, расположенный между ЦАП и усилителем, там надо отдельно все просчитывать, добавляя для усилителя отдельно и его постоянный фоновый шум и относительное соотношение сигнал/шум при усилении сигнала. В таких усилителях может как помогать снижать шум на выходе, а может быть и избыточным.
Специально взято в скобки для показа прямой связи напряжения и дальнейшего получения уровня звукового давления на выходе наушников (упрощенно громкости). Мы же здесь не рассматриваем сравнение двух разных типов сигналов и их субъективного восприятия.
Если комментарий к другому месту в тексте, поясните. Может там упрощение было слишком сильным или не так ясно выражена фраза.
Например, вместо «наушников» писать «головные стереотелефоны», но все же имеет смысл использовать или более современные слова, или более понятные в контексте. «Импеданс» безусловно более правильно и ближе к сути, но в характеристиках чаще используется слово «сопротивление». Импеданс наушников например не может равняться 16 Ом, т.к. 16 Ом описывает только часть характеристики в виде активного сопротивления без указания реактивного.
Несколько лет назад со стороны одного достаточно строгого читателя утверждалось, что слово импеданс можно использовать только в контексте наушников и категорически нельзя в контексте усилителя — только как «полное выходное сопротивление». Возможно, если откатываться к временам, когда было распространено название «головные стереотелефоны», то и «импеданс» как таковой неверен — будет только «полное сопротивление», а не заимствованное иностранное слово.
В контексте нового on-line сервиса задается только активное сопротивление для усилителя. Может быть потом дополнительный сервис (или расширен этот) для усилителей, у которых на выходе стоит конденсатор и тогда уже будет в чистом виде импеданс, заданный и активным сопротивлением и реактивным в виде емкости конденсатора.
В случае с HiFiMan точный ответ может дать инженер, который проанализирует схему усилителя. В RAA тестируется все как "черные ящики". Из предположений, с учетом того, в небалансном режиме работает половина платы и там сопротивление нулевое (т.е. схема допускает стабильную работу), это высокое сопротивление скорее всего является "защитой от дурака". Если подключить обычные наушники и включить балансный режим, то "короткого замыкания/других не штатных проблем" не будет.
В целом, часто сопротивление на выходе предусмотрено как защита от короткого замыкания.
Чаще всего, сопротивление у балансных усилителей вдвое выше, чем у небалансных.
Если к примеру взять наушники с близкой чувствительностью по мощности и подключить их к усилителю с нулевым сопротивлением, то они будут различаться по громкости, низкоомные будут громче, высокоомные тише
Например — Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm, Beyerdynamic DT 770 PRO 80 Ohm и
Beyerdynamic DT 770 Pro 32 Ohm
Если учесть, что обычно низкоомные наушники более компактные и портативные, а высоокоомные более крупные и менее чувствительные по мощности, то для выравнивания громкости нужно еще более высокое сопротивление.
У усилителей с нулевым сопротивлением есть свои проблемы — более высокое взаимное проникновение каналов, высокий фоновый шум для малого уровня громкости в современных портативных устройствах с цифровой регулировкой громкости (и общая проблема при использовании такого усилителя в смартфонах — неизбежный высокий уровень искажений с выхода ЦАП в мобильных устройствах на малой громкости. В то время как при использовании усилителя с высоким выходным сопротивлением требует другой уровень сигнала на выходе ЦАП/кодека).
Нулевое сопротивление усилителя дает как плюсы, так и минусы. Это вопрос компромиссов и конкретной реализации в общей системе.
Если запустить Skyrim через ASUS One или Audiolab M-DAC, то источники звука спереди звучать идентично как и сзади. На остальных картах с поддержкой 3D звука источники звука сзади более глухие. При отключении эквалайзера и прочих «улучшалок» у карт разный, что говорит о разных HRTF фильтрах. SBX против X-Fi уступает по качеству, алгоритмы упростили ради меньшей загрузки CPU.
Встроенный звук как правило уже имеет минимальную поддержку 3D звука, но она не настолько хорошо звучит.
Creative не смогли внятно назвать все свои технологии или показать их взаимосвязь. Наработки A3D вошли в Audigy, а Sensaura 3D в X-Fi. Но они вошли не в ревер от EAX, а в алгоритмы позиционирования. По этой причине X-Fi и лучше звучит, чем остальные в играх без EAX, но с позиционированием звука, если движок это допускает.
В базе RAA мной лично протестировано более 150 усилителей (или усилительной части в плеерах, смартфонах и т.п.).
Разработано ПО для тестирования и стенды со спецификой именно усилителей для наушников.
Проводятся отдельные работы тестирования прототипов или малоизвестных брендов для оценки привлекательности для дистрибуции для разных компаний. Есть прямая связь с производителями и разработчиками, которых можно спросить о том, чем они руководствуются при разработке звуковой части.
Если очень кратко, то при повышении сопротивления катушки (тоньше провод, больше витков, больше сопротивление), снижается чувствительность к напряжению и динамик более тихий. Но КПД в виде эффективности остается прежним и чувствительность к мощности такая же. Т.е. если на динамик подать больше напряжение, громкость будет аналогичная, расход тока будет меньше, итоговая мощность такая же. Батарейки хватит на такое же время.
В динамиках для колонок снижение сопротивления до 4 и 8 Ом было выходом для ограничений транзисторных усилителей, способных выдать большой уровень тока и относительно небольшой ограниченный уровень напряжения. Для наушников требуется меньший уровень мощности и соответственно можно позволить использовать более высокое сопротивление в динамиках и получить более удобный баланс между выходным током и напряжением для той же мощности.
Каким должен быть выходной импеданс — на это сегодня нет единственно верного ответа, у низкого и высокого импедансов есть свои теоретические плюсы и минусы.
В вашем опыте я бы не связывал напрямую их заявленную чувствительность с тем, что получилось. Их чувствительность в области 1 кГц снижается и значение в 108 дБ/В немного занижено. Реальная средняя чувствительность немного выше, порядка 113 дБ/В SPL. У E-MU0202 максимальное напряжения на 50 Ом будет около 3 dBV, что дает максимальное расчетное звуковое давление на наушниках порядка 113+3=116 дБ SPL. Но это если пускать синус по разным частотам. А музыка обладает меньшей энегретической плотностью и есть перепады по громкости. На выходе соответственно будет меньше значение в виде 108 дБ SPL.
А субъективно такая громкость как, есть ощущение, что если добавить еще 12 дБ (до 120 дБ SPL), то уши обязаны лопнуть? :)
Болевой порог в 120 дБ SPL справедлив для синуса, особенно если это низкая частота от сабвуфера в машине. Там воздействие идет на все органы. На танцполе удар от низкой частоты может повлечь травму, т.к. воздействие не только на уши, а на сердце, легкие, печень и т.п… Если попадет в резонансную частоту на инфразвуке для какого-то органа, то последствия могут быть тяжелыми.
Другая ситуация с наушниками, где болевой порог уже механический только для ушей. Как бы громко уже не играли наушники, это не сомнет грудную клетку, в отличии от давления внутри автомобиля с сабвуфером. По этой причине болевой порог для наушников и колонок разный и он не упирается в конкретное звуковое давление, а зависит от множества факторов: плотности сигнала, частоты и т.п…
В зависимости от плотности сигнала и частоты для наушников порог достигает до 140 дБ SPL. Выше будет уже повреждаться ухо.
Наушники обычно опаснее колонок тем, что могут развить очень высокое звуковое давление и при этом не уйти в искажения, из-за чего субъективно высокую громкость можно не ощутить.
Если к этой теме есть интерес, можно сделать об этом отдельный материал.
Если особо интереса нет, но хочется просто самостоятельно проверить, то можно взять iPhone 5/5s или Lightning Audio Adapter для последних моделей. Максимальный уровень на выходе 0 dBV (1 Vrms).
Далее подключить к примеру широко распространенные и доступные Sennheiser CX-300-II со средней чувствительностью в 130 дБ/В SPL. При выставлении максимального уровня громкости, пиковые значения будут в районе 130 дБ SPL, хотя в целом общее значение будет примерно на 20 дБ ниже.
На коробке у наушников чувствительность указана как 124 дБ/В для 1 кГц. Но так как на низких и высоких частотах есть подъем, то общая чувствительность получается выше.
Я лично знаю пару производителей, которые свои продукты (а это не смартфоны, где звук второстепенная «ерунда», а изначально аудиофильские устройства) не слушают вообще.
На вопрос, чем новый усилитель по звуку лучше прошлого — а понятия не имею, вот новые усилители раскупят, на форумах распишут…
Как думаете, с таким подходом, как такой производитель будет рассчитывать диапазон совместимых нагрузок? Нижняя граница будет оцениваться только по критерию «сгорит-не сгорит». Верхняя — по отзывам покупателей.
У меня есть один усилитель, который мне очень понравился по звуку. На вопрос, как получилось достичь хорошего звука без аудиофильских «золотых» деталей (а это дискретный усилитель, не интегральная сборка или ОУ + Буферы), разработчик это прокоментировал как «грамотный расчет схемы». Но, касаемо диапазона совместимых нагрузок с точки зрения звучания, изначально для усилителя нижней границей было значение в 16 или 32 Ом. И лишь после того, как производитель отслушал свой усилитель с наушниками в 8 Ом, он изменил этот диапазон, убедившись, что достаточно и громкости и субъективного качества. И именно у этого производителя были самые подробные характеристики на усилитель, с указанием уровня тока и напряжения для разных режимов.
У других производителей к сожалению подобные характеристики указываются по принципу «на отвали»…
Цепочка тракта получается как «ЦАП->Усилитель». Предположим, что сам усилитель никакого шума не добавляет, его соотношение сигнал/шум за 200 дБ, а сигнал/шум цепочки «ЦАП->Усилитель» напрямую зависит от ЦАП. Соответственно, если соотношение сигнал/шум у ЦАП будет 110 дБ, то и у цепочки «ЦАП->Усилитель» он будет таким же. При этом уровень полезного сигнала будет как 17 dBV, а уровень фонового шума как 17 dBV — 110 дБ = -93 dBV.
Теперь начинаем регулировать громкость. У звуковых карт регулировка поголовно или программная или через регулятор в ЦАП (аналогично в цифре за счет ресурсов самого ЦАП, как например в Creative AE5). Если мы понизим уровень на 60 дБ для комфортного прослушивания музыки в низкоомных высокочувствительных наушниках, то получим уровень 17 dBV — 60 дБ = -43 dBV, а соотношение сигнал с выхода ЦАП упадет до 50 дБ (110 дБ -60 дБ = 50 дБ). Через напряжения полезного и фонового напряжения это -43 dBV-(-93 dBV) = 50 дБ.
Т.е. уровень полезного сигнала мы уменьшили, а уровень фонового шума остался прежним. Это будет справедливо для усилителя с нулевым сопротивлением.
Если мы возьмем усилитель с не нулевым сопротивлением, то при подключении низкоомных наушников у нас снизится напряжение «после» усилителя.
Т.е. при подключении наушников с сопротивлением в 20 Ом к усилителю с сопротивлением 300 Ом у нас уровень напряжение снизится на 24 дБ и полезный сигнал и фоновый шум. Т.е. на выходе будет полезное напряжение как 17 dBV — 24 дБ = — 7 dBV, а фоновый шум как -93 dBV — 24 дБ = -117 dBV.
И в этом случае мы до ЦАП снижаем уровень не на 60 дБ для получения -43 dBV, а только на 36 дБ и получаем как — 7 dBV — 36 = -43 dBV при фоновом шуме в -117 dBV. И соотношение сигнал шум у нас уже будет не 50 дБ, а 74 дБ (-43 dBV — -117 dBV = 74 дБ).
В тех случаях, когда используется аналоговый регулятор, расположенный между ЦАП и усилителем, там надо отдельно все просчитывать, добавляя для усилителя отдельно и его постоянный фоновый шум и относительное соотношение сигнал/шум при усилении сигнала. В таких усилителях может как помогать снижать шум на выходе, а может быть и избыточным.
Специально взято в скобки для показа прямой связи напряжения и дальнейшего получения уровня звукового давления на выходе наушников (упрощенно громкости). Мы же здесь не рассматриваем сравнение двух разных типов сигналов и их субъективного восприятия.
Если комментарий к другому месту в тексте, поясните. Может там упрощение было слишком сильным или не так ясно выражена фраза.
Например, вместо «наушников» писать «головные стереотелефоны», но все же имеет смысл использовать или более современные слова, или более понятные в контексте. «Импеданс» безусловно более правильно и ближе к сути, но в характеристиках чаще используется слово «сопротивление». Импеданс наушников например не может равняться 16 Ом, т.к. 16 Ом описывает только часть характеристики в виде активного сопротивления без указания реактивного.
Несколько лет назад со стороны одного достаточно строгого читателя утверждалось, что слово импеданс можно использовать только в контексте наушников и категорически нельзя в контексте усилителя — только как «полное выходное сопротивление». Возможно, если откатываться к временам, когда было распространено название «головные стереотелефоны», то и «импеданс» как таковой неверен — будет только «полное сопротивление», а не заимствованное иностранное слово.
В контексте нового on-line сервиса задается только активное сопротивление для усилителя. Может быть потом дополнительный сервис (или расширен этот) для усилителей, у которых на выходе стоит конденсатор и тогда уже будет в чистом виде импеданс, заданный и активным сопротивлением и реактивным в виде емкости конденсатора.
В случае с HiFiMan точный ответ может дать инженер, который проанализирует схему усилителя. В RAA тестируется все как "черные ящики". Из предположений, с учетом того, в небалансном режиме работает половина платы и там сопротивление нулевое (т.е. схема допускает стабильную работу), это высокое сопротивление скорее всего является "защитой от дурака". Если подключить обычные наушники и включить балансный режим, то "короткого замыкания/других не штатных проблем" не будет.
В целом, часто сопротивление на выходе предусмотрено как защита от короткого замыкания.
Чаще всего, сопротивление у балансных усилителей вдвое выше, чем у небалансных.
Например — Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm, Beyerdynamic DT 770 PRO 80 Ohm и
Beyerdynamic DT 770 Pro 32 Ohm
reference-audio-analyzer.pro/param10.php?&m25=25&id=563&idav=0&idar=0&id1=803&idav1=0&idar1=0&id2=562&idav2=0&idar2=0
Но, если эти наушники подключить к усилителю с сопротивлением в 150 Ом, то их громкость будет отличаться незначительно.
reference-audio-analyzer.pro/param10.php?&m25=25&id=563&idav=0&idar=150&id1=803&idav1=0&idar1=150&id2=562&idav2=0&idar2=150
Если учесть, что обычно низкоомные наушники более компактные и портативные, а высоокоомные более крупные и менее чувствительные по мощности, то для выравнивания громкости нужно еще более высокое сопротивление.
У усилителей с нулевым сопротивлением есть свои проблемы — более высокое взаимное проникновение каналов, высокий фоновый шум для малого уровня громкости в современных портативных устройствах с цифровой регулировкой громкости (и общая проблема при использовании такого усилителя в смартфонах — неизбежный высокий уровень искажений с выхода ЦАП в мобильных устройствах на малой громкости. В то время как при использовании усилителя с высоким выходным сопротивлением требует другой уровень сигнала на выходе ЦАП/кодека).
Нулевое сопротивление усилителя дает как плюсы, так и минусы. Это вопрос компромиссов и конкретной реализации в общей системе.
reference-audio-analyzer.pro/param7.php
Встроенный звук как правило уже имеет минимальную поддержку 3D звука, но она не настолько хорошо звучит.
А вот разница звука в современном ведьмаке
www.youtube.com/playlist?list=PLN-BtZRq9h1T5EYwfxi-XdyqYmfAwQVdu
reference-audio-analyzer.pro/param6.php
В базе RAA мной лично протестировано более 150 усилителей (или усилительной части в плеерах, смартфонах и т.п.).
Разработано ПО для тестирования и стенды со спецификой именно усилителей для наушников.
Проводятся отдельные работы тестирования прототипов или малоизвестных брендов для оценки привлекательности для дистрибуции для разных компаний. Есть прямая связь с производителями и разработчиками, которых можно спросить о том, чем они руководствуются при разработке звуковой части.
В динамиках для колонок снижение сопротивления до 4 и 8 Ом было выходом для ограничений транзисторных усилителей, способных выдать большой уровень тока и относительно небольшой ограниченный уровень напряжения. Для наушников требуется меньший уровень мощности и соответственно можно позволить использовать более высокое сопротивление в динамиках и получить более удобный баланс между выходным током и напряжением для той же мощности.
Каким должен быть выходной импеданс — на это сегодня нет единственно верного ответа, у низкого и высокого импедансов есть свои теоретические плюсы и минусы.
А субъективно такая громкость как, есть ощущение, что если добавить еще 12 дБ (до 120 дБ SPL), то уши обязаны лопнуть? :)
Другая ситуация с наушниками, где болевой порог уже механический только для ушей. Как бы громко уже не играли наушники, это не сомнет грудную клетку, в отличии от давления внутри автомобиля с сабвуфером. По этой причине болевой порог для наушников и колонок разный и он не упирается в конкретное звуковое давление, а зависит от множества факторов: плотности сигнала, частоты и т.п…
В зависимости от плотности сигнала и частоты для наушников порог достигает до 140 дБ SPL. Выше будет уже повреждаться ухо.
Наушники обычно опаснее колонок тем, что могут развить очень высокое звуковое давление и при этом не уйти в искажения, из-за чего субъективно высокую громкость можно не ощутить.
Если к этой теме есть интерес, можно сделать об этом отдельный материал.
Если особо интереса нет, но хочется просто самостоятельно проверить, то можно взять iPhone 5/5s или Lightning Audio Adapter для последних моделей. Максимальный уровень на выходе 0 dBV (1 Vrms).
Далее подключить к примеру широко распространенные и доступные Sennheiser CX-300-II со средней чувствительностью в 130 дБ/В SPL. При выставлении максимального уровня громкости, пиковые значения будут в районе 130 дБ SPL, хотя в целом общее значение будет примерно на 20 дБ ниже.
На коробке у наушников чувствительность указана как 124 дБ/В для 1 кГц. Но так как на низких и высоких частотах есть подъем, то общая чувствительность получается выше.
На вопрос, чем новый усилитель по звуку лучше прошлого — а понятия не имею, вот новые усилители раскупят, на форумах распишут…
Как думаете, с таким подходом, как такой производитель будет рассчитывать диапазон совместимых нагрузок? Нижняя граница будет оцениваться только по критерию «сгорит-не сгорит». Верхняя — по отзывам покупателей.
У меня есть один усилитель, который мне очень понравился по звуку. На вопрос, как получилось достичь хорошего звука без аудиофильских «золотых» деталей (а это дискретный усилитель, не интегральная сборка или ОУ + Буферы), разработчик это прокоментировал как «грамотный расчет схемы». Но, касаемо диапазона совместимых нагрузок с точки зрения звучания, изначально для усилителя нижней границей было значение в 16 или 32 Ом. И лишь после того, как производитель отслушал свой усилитель с наушниками в 8 Ом, он изменил этот диапазон, убедившись, что достаточно и громкости и субъективного качества. И именно у этого производителя были самые подробные характеристики на усилитель, с указанием уровня тока и напряжения для разных режимов.
У других производителей к сожалению подобные характеристики указываются по принципу «на отвали»…