Производители эту характеристику обычно определяют субъективно, попробовав свой усилитель с разными моделями наушников. Другие ориентируются на характеристики конкурентов и подстраиваются под них, если остальные характеристики похожие. При таком подходе неизбежно появляются продукты, для части которых эта характеристика становится завышенной, а для других заниженной. Какой-либо единой формулы для этой характеристики нет.
Но, как это часто бывает, если многие производители указывают подобную характеристику (аналогично «частотному диапазону» для наушников), то возникает ложное впечатление, что на это есть какой-то стандарт.
Эту характеристику можно вывести и посчитать, если подойти к такой задаче от исходного смысла характеристики и обобщить данные от производителей. Если у производителей эти данные взяты субъективно, то их можно посчитать эмпирическими и сделать некой точкой отсчета. Понимая же алгоритм расчета, всегда можно сделать необходимую поправку.
Определение характеристики
Основная суть характеристики, это определить, с какими наушниками усилитель сможет выдать приемлемый уровень громкости и при этом будет работать качественно (обладать хорошим звуком).
Мы знаем, что для высокоомных наушников основным ограничением является напряжение, а для низкоомных – ток. Так как основная разница в основном указывается для границы высокоомных наушников, нам надо определить, какой уровень звукового давления с точки зрения большинства производителей является приемлемым именно для высокоомных моделей.
В выборку по базе RAA попали продукты, производители которых рекомендуют для наушников с импедансом до 600 Ом.
Модель / максимальный уровень напряжения:
ASUS Essence One MK2 16.2 dBV
ASUS Essence 3 Balanced 16.5 dBV
ASUS Essence 3 Unbalance 15.7 dBV
ASUS Xonar Essence STX Hi 16.3 dBV
ASUS STRIX RAID DLX Hi 15.4 dBV
ASUS STRIX RAID PRO Hi 15.4 dBV
ASUS ROG Xonar Phoebus 15.4 dBV
Cary Audio HH-1 18.9 dBV
Creative Sound Blaster X7 LE 15.7 dBV
Creative Sound BlasterX AE-5 14.5 dBV
Creative Sound Blaster E5 14.8 dBV
Erzetich Perfidus 17.0 dBV
Erzetich Bacillus Tilia 18.1 dBV
Musatoff HA-4 14.8 dBV
MyST DAC 1866OCU V.2 17.6 dBV
OPPO HA-1 16.7 dBV
OPPO HA-1 Balance 24.5 dBV
По ссылке этот же список на выборку в базе измерений RAA, но с дополнительными моделями, т.к. фильтрация производится по брендам.
Из списка видно, что минимальное значение напряжения для 600 Ом равно 14.5 dBV (напряжение уже выражено в децибелах).
У наушников параметр чувствительности выражается как к напряжению, так и к мощности. Первый вариант позволяет сделать вывод о «громкости» наушников без учета их сопротивления, что очень удобно, когда мы сравниваем наушники с разным сопротивлением. Второй вариант показывает их КПД. При этом, если сделать одинаковые наушники, но с разным сопротивлением катушки индуктивности, то их КПД будет одинаковым (одинаковая чувствительность к мощности), но чувствительность к напряжению будет отличаться в зависимости от их соотношений их сопротивлений как 10*Log10(R1/R2).
При вычислении соотношений напряжений в децибелах используется формула 20*Log10(V1/V2), при разнице чувствительности к мощности 10*Log10(R1/R2).
Соотношение сопротивлений 16 Ом/600 Ом равно -15.7 дБ и наушники с сопротивлением в 600 Ом будут на 15.7 дБ тише наушников с сопротивлением 16 Ом, при прочей равной конструкции.
Таким образом, нам надо определить средний уровень чувствительности к мощности среди высокоомных наушников, отсеяв наушники с нестандартной конструкцией.
Т.к. выборка нужна в первую очередь по конструкции наушников у высокоомных моделей, а не строго только высокоомных моделей, то это позволяет сделать выборку по широкому кругу моделей в большем диапазоне сопротивлений и получить более адекватное среднее значение по чувствительности.
По ссылке этот же список, но с дополнительными моделями нестандартной конструкцией или с активным усилением. Ниже данные по наушникам с сопротивлением от 150 Ом.
AKG K 340 ED 91,7 дБ/мВт SPL 398,6 Ом
Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm 94,5 дБ/мВт SPL 254,4 Ом
Beyerdynamic DT 880 Pro 95,6 дБ/мВт SPL 252,9 Ом
Beyerdynamic DT 990 Pro 250 Ohm 93,4 дБ/мВт SPL 267,4 Ом
Beyerdynamic DT 150 250 ohm 99,3 дБ/мВт SPL 280,1 Ом
Beyerdynamic DT 250 250 ohm 101 дБ/мВт SPL 268,7 Ом
Beyerdynamic DT 48 E 200 ohm 99,2 дБ/мВт SPL 200,1 Ом
Beyerdynamic DT 660 mk 2 85,6 дБ/мВт SPL 568,6 Ом
Beyerdynamic DT 770 600 ohm 96,6 дБ/мВт SPL 570,8 Ом
Beyerdynamic DT 797 99,5 дБ/мВт SPL 259,4 Ом
Beyerdynamic DT 831 106,2 дБ/мВт SPL 348,2 Ом
Beyerdynamic DT 911 106,5 дБ/мВт SPL 298,6 Ом
Beyerdynamic DT 931 107,3 дБ/мВт SPL 328,2 Ом
Beyerdynamic DT 990 600 ohm 95,4 дБ/мВт SPL 612 Ом
Beyerdynamic T1 99,3 дБ/мВт SPL 819,3 Ом
Beyerdynamic T70 99,6 дБ/мВт SPL 394,2 Ом
Beyerdynamic T90 97,6 дБ/мВт SPL 406,2 Ом
Beyerdynamic DT 250 250 Ohm Mod 103,1 дБ/мВт SPL 238,9 Ом
German Maestro GMP 400 98,2 дБ/мВт SPL 292,8 Ом
German Maestro GMP 435 S 111,9 дБ/мВт SPL 347,4 Ом
German Maestro GMP 450 PRO 105,8 дБ/мВт SPL 301 Ом
German Maestro GMP 8,300 D 99,9 дБ/мВт SPL 303,2 Ом
MB Quart QP 400 98,8 дБ/мВт SPL 292,5 Ом
Sennheiser HD 280-13 103,9 дБ/мВт SPL 405,9 Ом
Sennheiser HD 700 94,4 дБ/мВт SPL 235,1 Ом
Sennheiser PC 350 Xense 101 дБ/мВт SPL 253,9 Ом
Sennheiser HD 600 100,6 дБ/мВт SPL 352,2 Ом
Sennheiser HD 650 100,5 дБ/мВт SPL 344,9 Ом
Sennheiser HD 800 100,1 дБ/мВт SPL 429,4 Ом
Sennheiser HD 800s 101,6 дБ/мВт SPL 442,8 Ом
Среднее значение получилось как 99,6 дБ/мВт. Для 600 Ом это 101.82 дБ/В (Конвертацию можно делать через on-line калькулятор)
Округлим все значения до целых чисел для верхней границы в 600 Ом:
- Минимальный уровень напряжения: 14 dBV
- Чувствительность наушников к 600 Ом: 102 dB/V
Рекомендуемый уровень звукового давления получается как: 14 dBV +102 dB/V SPL = 116 дБ SPL
Таким образом, для определения верхней границы нам надо лишь определить, при подключении какой нагрузки усилитель не сможет обеспечить 116 дБ SPL при чувствительности наушников в 100 дБ/мВт SPL.
На первый взгляд выглядит верным и утверждение — в каком диапазоне подключаемых сопротивлений усилитель обеспечит мощность в 16 dBm для наушников с чувствительностью 100 дБ/мВт. (16 dBm – это 40 мВт on-line калькулятор).
Но, второй вариант неверен для расчета нижней границы, т.к. мощность по умолчанию рассчитывается для синуса, а не для музыкального сигнала. Для ограничения по напряжению это несущественно, а для тока необходимо вводить дополнительную поправку на +12 дБ и оперировать «музыкальной» мощностью. Эти тонкости будут рассмотрены в отдельном материале.
116 дБ SPL – это много или мало? На деле, если включить музыку и сделать измерения шумомером, то в реальности вместо расчетных 116 дБ SPL среднее значение будет примерно на 20 дБ ниже. Это связано с тем, что музыкальный трек не является непрерывным шумом на максимальной громкости, а состоит из тихих и громких участков с разной энергетической плотностью. Таким образом, эти 20 дБ являются неким «пик-фактором» и при расчетах для звука от музыки вносятся дополнительной поправкой. Если провести более масштабные исследования, нежели проведенные в лаборатории RAA, то это значение скорректируется в большую или меньшую сторону, но в небольших пределах.
Т.е. расчетное значение 116 дБ SPL, но в реальности это будет музыка со средним уровнем звукового давления в 96 дБ SPL.
Примеры определения диапазона сопротивлений наушников
Визуально на графике максимального напряжения на примере новинки звуковой карты Creative Sound BlasterX AE-5 это будет выглядеть так:
Ссылка на интерактивный график для Creative Sound BlasterX AE-5
Пунктирная линия показывает необходимый уровень напряжения для наушников с чувствительностью 100 дБ/мВт для получения звукового давления в 116 дБ SPL.
По оси X показан диапазон нагрузок, здесь для наглядности примера шкала от 0.001 Ом до 2000 Ом. В общих отчетах шкала показывается в более узком диапазоне от 10 до 1000 Ом.
По оси Y — напряжение на выходе усилителя в dBV.
Т.к. у усилителя внутреннее сопротивление 1.1 Ом, то в области низкоомных нагрузок график полого уходит вниз.
Голубой областью обозначена работа усилителя в эквивалентном классе А (наилучший режим, в котором может работать усилитель звуковой карты AE-5). Зеленый режим показывает область работы в эквивалентном режиме класса АБ. Граница перехода в режим Б и максимальный до клиппирования менее 1 дБ и не виден. Верхняя часть серой зоны показывает возможный уровень напряжения без ограничения по току. Об эквивалентных классах на графике.
Нижняя граница
В левой части низкоомных нагрузок мы наблюдаем три точки пересечений.
Серая зона
Пересечение на 0.0007 Ом /-63 дБ(Ом). Какой бы сигнал не воспроизводился, при подключении более низкого сопротивления физически нельзя будет подать напряжении выше необходимого для получения 116 дБ при чувствительности наушников 100 дБ/мВт SPL. Серая зона строится без ограничения по току и в большинстве случаев это означает, что в этой области музыкальны сигнал будет сопровождаться сильными искажениями от клиппирования. Т.е. это тот уровень, где теоретически можно воспроизвести какие-нибудь импульсные сигналы или сфабриковать высокие цифры для мощности в PMPO.
Таким образом, по серой зоне ориентироваться нельзя.
Красная/желтая/зеленая зона
У AE-5 эти зоны совпадают.
Пересечение: 0.17 Ом /-15дБ(Ом). Эта величина нагрузки, ниже которой будет отчетливо слышен хрип из-за недостатка тока. По сути, именно эта граница должна обозначать минимально разрешенную при подключении наушников.
Но тут есть один нюанс. Так как пересечение происходит в зоне ограничения тока (косой скос графика), то это уже подразумевает, что ручка громкости должна быть установлена не на максимум, а для данного случая на уровень -19 дБ (разница между максимумами серой и зеленой зон).
Т.е. что бы мы услышали музыкальный сигнал без хрипа и явных искажений, на выходе усилителя без нагрузки должно быть установлено напряжение равным как 14.5 dBV -19 дБ = -4.5 dBV.
Если же ручка громкости будет установлена на максим, то на нагрузке в 0.17 Ом у нас будет напряжение -3 dBV, и до 0,7 Вт мощности, а на внутреннем сопротивлении усилителя установится напряжение 13,25 dBV и будет рассеиваться до 4,8 Вт (при подсчете мощности, ток считается с поправкой на -12 дБ в виде из-за плотности музыкального сигнала). Да, возможно реальные числа из-за ограничения тока по питанию будут ниже, но лишь дает вероятность, что может выйти из строя уже участок питания.
Тут вопрос, а достаточно ли мощный резистор на выходе усилителя и не будет ли фатальной проблемой случайное выставление максимального уровня громкости? А если на выходе будет воспроизведена не музыка, а технический сигнал в виде синуса или меандра с большой плотностью и соответственно большей мощностью?
Т.е. в теории мы считать можем что угодно, но очевидно, что в реальности в области очень низких значений сопротивления нагрузки мы не можем гарантировать жизнеспособность усилителя.
Из-за этого нижнюю границу хотелось бы, но нельзя определять только по громкости на выходе у наушников.
Голубая зона
Пересечение: 0.35 Ом / — 9 дБ(Ом). Это величина нагрузки, при которой сохранится качественный звук для работы усилителя в эквивалентном классе А. Тут уровень громкости должен быть выставлен как -24 дБ от максимального.
Итог по нижней границе
При определении нижней границы необходимо учитывать два фактора:
- Необходимый уровень громкости при отсутствии искажений
- Возможности усилителя, который не сгорит, если случайно выставить громкость выше необходимого.
Первый вариант можно протестировать и определить, второй чреват выходом из строя усилителя при тестировании.
Разумным вариантом на сегодняшний день будет делать проверку на условно низкое типичное сопротивление для наушников. На сегодняшний день это будет 8 Ом для редких наушников и 16 Ом для массовых.
Для AE-5 будет вывод, то усилитель поддерживает нагрузку в 8 Ом.
С учетом того, что в RAA минимальной нагрузкой при тестировании является 16 Ом, то при поправке на 12 дБ для музыкального сигнала оценку можно делать по нижней границе до 4 Ом.
Верхняя граница
Верхняя граница пересекается для всех зон на 707 Ом / 57 дБ(Ом). Тут «подводных камней» нет и все довольно просто, 600 Ом усилитель AE-5 поддерживает. Выше 700 Ом кому-то не хватит громкости.
Внутриканальные наушники
Возвращаясь к началу, 100 дБ/мВт и 116 дБ было взято для полноразмерных наушников.
Внутриканальные наушники из-за своей конструкции с более легкой мембраной обладают более высокой чувствительностью и соответственно под них диапазон должен считаться не для чувствительности в 100 дБ/мВт, а примерно для 109 дБ/мВт.
Выборка внутриканальных наушников, учет должен быть только динамическим моделям, по ссылке все типы
В противном случае мы получим результат, что подавляющее большинство портативных плееров, смартфонов и планшетов по умолчанию слишком тихие и внутриканальные наушники с сопротивлением в 16 Ом недостаточны. Но на практике обычно внутриканальных наушников по громкости вполне хватает.
Возьмем смартфон Xiaomi Redmi Note 4X, при воспроизведении звука из программного плеера PowerAmp c выводом в Hi-Rez (единственный плеер на сегодняшний момент, способный вывести данные в обход Android 6/7 и тем самым обеспечить наилучшее качество звука в этих ОС).
ссылка на интерактивный график для Xiaomi Redmi Note 4X по 100 дБ/мВт SPL
Если мы будем определять по границе для полноразмерных наушников, то получим, что нижняя граница в 8 Ом укладывается. Но она же и остается верхней границей.
В данном случае это будет абсурдно и том плане, что нижняя граница современных полноразмерных наушников начинается от редких 16 Ом и более распространенных 24 и 32 Ом. 8 Ом обычно встречается лишь среди винтажных наушников, таких как ТДС-7 и множества более древних с бумажными широкополосными динамиками.
ссылка на интерактивный график для Xiaomi Redmi Note 4X по 109 дБ/мВт SPL
Если провести линию для чувствительности 109 дБ/мВт, то видим более адекватную картину. Нижняя граница уверенно укладывается в 8 Ом, а верхняя примерно в 60 Ом.
Субъективно, наушники с сопротивлением в 16 Ом (Sennheiser CX300-II, IE-8) и 32 Ом (Sennheiser CX 980, HiFiMan Re400) c Xiaomi Redmi Note 4X действительно играют с адекватной громкостью и есть небольшой запас по регулировки громкости вверх.
А вот ниже примеры смартфонов, в которых громкости не хватало с Sennheiser IE-8, а было лишь на уровне «не громко».
ссылка на интерактивный график для Fly FS504 Cirrus 2 PowerAmp по 109 дБ/мВт SPL
ссылка на интерактивный график для Lenovo s820 по 109 дБ/мВт SPL
Таким образом, должно определятся два диапазона для используемых наушников: полноразмерных и внутриканальных. Для каких-то источников этот диапазон станет и как «слишком тихий для всех типовых наушников». Данная характеристика вошла в «простые» отчеты усилителей в базе RAA.
Комментарии (39)
old_bear
19.09.2017 15:57+1Так речь не идёт о том, что совсем не учитывают. Речь идёт о том, что учитывают по своему, а потом сверяют то, что получилось.
Что касается разработки, то понятное дело, что [обычно] не выкладывают в продакшен совсем уж тяп-ляп. Но мир разработки состоит не только из чёрного и белого — есть большое количество полутонов. Поскольку я касаюсь и железа и софта, то я имел возможность видеть всякого. И ошибки (в том числе и управляющего софта), которые приводили к картечному отстрелу танталов с плат (да да, уважаемый Vanellope с искрами и дымом), и платы, на которых резали дорожки и кидали навесной монтаж, чтобы не перезаказывать (как бы это не было неправильно с вашей точки зрения, уважаемый technomancer). И это всё не сильно отличается от случаев дропа базы в продакшене из-за простой ошибки в софте или приляпывания множества костылей, чтобы не переделывать уже сделанное.
И вся эта похожесть происходит именно из-за похожести исполнителей все этих штук — людей.
P.S. Извините, что ответил тут не только вам — я несколько ограничен по частоте комментариев.
P.P.S. Ещё и не туда улетело. Это был ответ пользователю artskepartskep
19.09.2017 16:15+1Дык, статья начинается с
Производители эту характеристику обычно определяют субъективно, попробовав свой усилитель с разными моделями наушников
Т.е. автор статьи открыто заявляет, что производители сначала спаяли, потом «послушали», потом написали «рекомендуем».
А автор потом выходит весь в белом и начинает во всей статье расписывать схемотехнику, тесты и прочее.
Мне кажется, что это опрометчивое заявление, что производители не занимаются проектированием и тестированием своего продукта, а только автор знает что и как делать правильно.
romanrex Автор
19.09.2017 20:18Я 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»…artskep
19.09.2017 20:37Ну, про аудиофильские "сущности" — это да, там осциллограф враг религии.
Если бы вы тестровали эти усилки, я бы понял. Но вы несколько опрометчиво всех записали в аудиофилы.romanrex Автор
20.09.2017 01:54Если бы вы тестровали эти усилки
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.
technomancer
19.09.2017 17:04Я бы мог тут пояснить, что у нас, конечно, на пробной партии до десятка единиц тоже и ножки режут, и проводки прокидывают при необходимости, чтоб время не тянуть и не выкидывать в целом годный экземпляр, а потом все же садятся и перерисовают…
Но раз Ваши схемотехники считают возможность «картечного отстрела танталов» — программной ошибкой… А можно поинтересоваться, Вы какого рода продукцию выпускаете? И хотя бы в личку — под какой маркой? Честное слово, я никому не скажу. Мне для личного пользования, так сказать.old_bear
19.09.2017 17:15То не схемотехники так считали, то на самом деле так было. Некий девайс (параметрический измерительный модуль), с очень широкими возможностями по программному управлению напряжением и током на DUT-е. И обратной стороной от этих широких возможностей была невозможность полной аппаратной «защиты от дурака» при переключении режимов. Так что как раз получился хороший пример в плане ошибок софта, приводящих к искрам и прочему.
Но вы не беспокойтесь, то дела давно минувших дней и в плане выпуска этих устройств и в плане моего в этом участия. Сейчас, наверное, исключительно правильные разработчики аппаратных средств делают всё исключительно правильно и поэтому серийная техника никогда не глючит и не выходит из строя по причине ошибок встроенного ПО.artskep
19.09.2017 17:22«не глючит» — это одно. Понятно дело, что глючит. А «бабахает» (и виноватые программисты) — это совсем другое. Все-таки, если разработчики положились на ПО вместо того, чтобы (грубо говоря) поставить предохранитель, то это не ПО виновато…
technomancer
19.09.2017 17:27Я «проходил» мимо одной такой штуки. Речь шла о лазере и глазах. В неё вставили два дублирующих друг друга «кудаблять?!»-модуля, которые включались в первую очередь и следили за тем, чтобы никакие выкрутасы и падения основного контроллера не вылились в Проблему.
old_bear
19.09.2017 18:26Уважаемые artskep и technomancer. Простите, но мне немного утомительно вести обсуждение с часовыми паузами между ответами. Давайте остановимся на том, что я заблуждаюсь в своём опыте по этим вопросам и «предохранитель» можно поставить везде, не ухудшая характеристик устройства до состояния негодности к использованию, а сам этот предохранитель всегда может быть чисто аппаратным и не содержать в себе никаких потенциальных ошибок.
NetBUG
19.09.2017 18:52s/кудаблять/watchdog/
technomancer
20.09.2017 11:58Watchdog предназначен спасать от затыкания, а не от пропущенной опечатки в коэффициенте.
Gumanoid
19.09.2017 18:00Подскажите, как правильно подобрать резисторы чтобы снизить громкость? Сопротивление наушников 45 Ом.
Я могу подобрать экспериментально, но основной вопрос — делать ли делитель напряжения, или просто вставить резистор последовательно?ptica_filin
19.09.2017 18:47Любой из этих двух вариантов не очень хорош. Увеличит выходное сопротивление усилителя и может ухудшить качество звука.
Почему нельзя уменьшить громкость регулятором громкости?Gumanoid
19.09.2017 18:52Это Bluetooth приёмник (iGene A1), у него нет хардварного регулятора. А если регулировать на самом телефоне, то уже на одном делении слышно довольно громко.
ptica_filin
19.09.2017 19:26А, тогда это уже не совсем тот случай, когда нужно гоняться за тонкими нюансами звучания)
Тогда лучше 1 резистор последовательно, по-моему. Для начала на 50 или 100 Ом, а там уже видно будет.
romanrex Автор
19.09.2017 19:45Для последовательного соединения можно прикинуть ослабление через калькулятор
reference-audio-analyzer.pro/splfull.php
Для решения надо знать выходное сопротивление источника, а значение резистора будет прибавкой к сопротивлению источника.
Psychosynthesis
19.09.2017 20:02Рекомендуемый уровень звукового давления получается как: 14 dBV +102 dB/V SPL = 116 дБ SPL
Извините, что-то я не очень понял, там вроде болевой порог на уровне 120 дБ SPL. Вы точно всё верно посчитали? Я в принципе подозреваю, что такое, конечно, возможно, если «правильно» измерить, но всё-таки у меня есть некие подозрения в способности динамиков на наушниках развивать такую громкость.
Вообще, тут такое мастерское жонглирование формулами в материале, я даже не уверен что могу отследить где вы к месту формулы использовали, а где нет, но оставлю это на совести автора.romanrex Автор
20.09.2017 00:49Болевой 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.Psychosynthesis
20.09.2017 01:17Я бы вам не поверил, но, как ни странно, взял Sennheiser HD 515, и PCE-999 (Sound Level Meter), в качестве источника — звуковая карта E-MU 0202. Померил. Максимальная громкость прямо около динамика — 108 дБа (заявленная чувствительность как раз 108).
Очень удивлён.romanrex Автор
20.09.2017 01:30В 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? :)Psychosynthesis
20.09.2017 02:36Я пускал синус 1 кГц естественно.
Субьективно ощущение, что если добавить ещё 12 дБ то будет уже неприятно, да.
NumLock
19.09.2017 21:09Расчёт идёт из условия, что наушники подсоединяются к оконечному каскаду усилителя вместо динамиков. Своим повышенном сопротивлением наушники компенсируют громкость динамиков.
Если громкость понижается за счёт увеличения сопротивления наушников, то только производители наушников знают на какой громкости их наушники имеют приемлемое качество.
Можно ли вообще говорить о качестве звука если нагрузка не согласована с выходным импедансом усилителя?
В аппаратуре с нормальной схемотехникой, обычно для выхода на наушники имеется свой согласованных оконечный каскад ответвлённый от выхода пред-усилителя.romanrex Автор
20.09.2017 01:45Если 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.
artskep
Т.е. вы говорите, что при разработке схемы не учитывается номинальное (рекомендуемое) сопротивление нагрузки (в виде наушников), а сначала че-то паяется, и потом тестируется???
old_bear
А вы думаете, что разработка аппаратного обеспечения сильно отличается в плане организации процесса от разработки ПО? Люди то везде одинаковы.
technomancer
Косяки в разработке ПО не выливаются все же в перезаказ плат и комплектующих. Обычно стараются совсем уж наобум не переть.
Vanellope
Анекдот про дятла, разрушающего Вселенную.
А интересно посмотреть на разработку ПО, когда каждая ошибка в программе приводит к сгоранию материнки с искрами и дымом.
artskep
«Каждая ошибка» даже в железе к такому не приводит.
Но на уровне близкому к железу вполне возможно сделать кирпич (иногда даже из дорогого оборудования).
Я, конечно, авионику, управляющую закрылками не программировал (самое близкое — низкий уровень телефонов), но общие принципы очевидны: использование симуляторов, «железных» прототипов в лабе, опытные партии и прочее.
Насколько я знаю, приблизительно тот же набор используется и при проектировании схем (при разработке телефонов софт и хард разрабатываются параллельно, и хард начинался с прототипа размером с чемодан, и продолжался несколькими версиями ближе к тому, что реально должно работать).
artskep
Ну, вообще-то в ВУЗе я схемотехнику изучал. И при проектировании даже простейшего усилителя, на выходе предполагалось наличие сопротивления нагрузки.
И, вообще-то в разработке ПО тоже все далеко не всегда тяп-ляп и в продакшен. И требования к системе (хоть и предварительные) тоже обычно прописываются.
ptica_filin
На самом деле учитывается ещё миллион всего, и на первом месте стоимость.
Выходное сопротивление усилителя и его максимальные выходной ток и напряжение можно элементарно прикинуть и учесть ещё на этапе выбора комплектующих. Но. Чтобы раскачать высокоомные наушники, нужно иметь большое выходное напряжение. Для которого нужен соответствующий усилитель и источник питания к нему. Это лишнее место на плате, лишний вес и стоимость. Сделаешь упор на аудио — не хватит на что-нибудь ещё. Поэтому какой компромисс в смартфонах выбрали, так и получилось.
Разработчикам звуковых карт в этом отношении проще, там есть где развернуться. Но фактор стоимости тоже маячит.
artskep
Не, это норм, когда начинают резать стоимость и прочее, пытаясь войти в какой-то диапазон.
Но статья о том, что сначала паяют, а потом тестируют. И это странно, ибо логичнее было бы сначала изменить схему с учетом дешевой комплектухи, посчитать что можно, а потом уже паять и тестировать. Хотя бы потому, что опытная партия это всегда дорого и долго, насколько я помню по своему опыту ожидания прототипов телефонов под разработку.
romanrex Автор
Если рассматривать проектирование ноутбука, телефона и т.п., там все расчеты, это правильно реализовать кодек, что бы он просто работал. Т.е. обеспечить правильно питание, распайку, обвязку в соответствии с даташитом. Характеристика, о которой статья, для таких устройств редко фигурирует в технических характеристиках. И как показаны примеры выше, для многих устройств будет «слишком тихо, не совместимо ни с чем». А в комплекте с телефоном будет гарнитура. Она работать будет тихо и это будет основанием, что все сделано правильно, все работает.
Но было бы интересно узнать, как проходила разработка именно звуковой части смартфонов, с которыми вы работали. Какие характеристики были главными. Как и на чем тестировалось. Были ли субъективные оценки. Что в итоге указывалось в характеристиках продуктов по звуковой части.
artskep
Я железо не трогал, требования железные читал по диагонали, и в актах приемки лично не участвовал (особенно в звуковои части — с радио пришлось поучаствовать), но, насколько я помню, субъективных параметров не было.
Везде указывались стандартные единицы измерения, и проверялись в лабе на оборудовании.
romanrex Автор
Материал не про то, что усилители создают с нуля без каких-либо расчетов. А про то, что у каждого разработчика свое виденье конечных характеристик при проектировании относительно отдельной характеристики. Зачем выворачивать наизнанку исходный смысл и выдергивать отдельные слова из контекста?