В RAA разработана таблица рекомендаций по совместимости наушников и источников (смартфонов, плееров, планшетов, звуковых карт и т.п.) на основе измеренных характеристик.

Рейтинг совместимости аналогичен анализу автомобиля по его клиренсу – по какой дороге автомобиль будет оптимально ехать без оценки класса автомобиля. Например гоночном болиде формулы 1 сложно доехать до дачи по грунтовой дороге, и на гусеничном дорогом вездеходе глупо ехать по скоростной магистрали. Аналогичная совместимость реализована и для наушников.

Предпосылки разработки таблицы рекомендаций

Reference Audio Analyzer является отечественной лабораторией по измерению аудиопродуктов. На сайте проекта выложено более 700 отчетов измерений различных продуктов: наушников, плееров, усилителей, звуковых карт и прочих устройств.



Проект стартовал в 2008 году, главной целью которого было получить больше данных через автоматизированное тестирование, что не позволял делать альтернативный софт. Сейчас на каждый продукт создается отчет с большим количеством графиков, а само тестирование не занимает излишне много времени. Для того, что бы польза от тестирования была не только для профессионалов, но и для обычных потребителей, в проекте ведутся работы и по совершенствованию данных для простых пользователей. Это не только отдельный раздел FAQ и аннотации рядом с графиками, но и подготовка к разделению отчетов, на «профессиональный» и для «чайников» вид.



За счет упора на оптимальную совместимость конкретных моделей наушников и источников (усилителей, смартфонов, плееров и т.п.) возникла идея представить таблицей оптимальные сочетания для наушников и усилителей на основе их характеристик. А в таблице банальные «звездочки» рейтинга. По большому счету, именно звездочки интересуют рядового пользователя, а не замысловатые цифры.

О параметрах наушников и усилителей

У наушников есть такие параметры, как их чувствительность, сопротивление и тип акустического оформления. У усилителей – их выходная мощность в виде зависимости максимального уровня напряжения от величины сопротивления наушников. Помимо всего этого, наушники слушаются на разной громкости в зависимости от окружающих условий.

Параметр чувствительности наушников позволяет посчитать, какое напряжение должен подать усилитель на наушники для получения расчетного звукового давления.

Таким образом, можно сделать предварительный расчет совместимости, будет ли достаточен усилитель для конкретных наушников в определенной обстановке.

Такой рейтинг совместимости аналогичен анализу автомобиля по его клиренсу – по какой дороге автомобиль будет оптимально ехать без оценки класса автомобиля. На гоночном болиде формулы 1 сложно доехать до дачи по грунтовой дороге, а на гусеничном дорогом вездеходе глупо ехать по скоростной магистрали. Это не поиск нюансов звучания между серебряным и золотым кабелем — это самый первичный отбор. Если этот этап подбора пропустить, то связка из дорогих и высококлассных наушников и усилителя может играть хуже, чем откровенный хлам. Попробуйте проехать в московском метро в Abyss AB1266 с плеером HiFiMan HM901 с усилителем IEM. Это будет хуже, чем рядовой смартфон с дешевыми затычками.

Таблица позволяет оценить наиболее полное раскрытие потенциала наушников при использовании в связке устройств аналогичного класса, но с разными параметрами мощности.

Одна из загвоздок – данные измерений приводятся к синусу, а не музыкальному сигналу.
Музыкальный сигнал в свою очередь непостоянен по громкости. Для этого была вычислена поправка между «синусом» и музыкальным сигналом. В наушниках была выставлена комфортная громкость, где шумомер при воспроизведении музыкального сигнала показал звуковое давление в пределах 85-90 дБ SPL. Если не трогать регулятор громкости и запустить синус, то звуковое давление становится на уровне 110 дБ. Таким образом получилась поправка в виде 20 дБ между «синусом» и «музыкой». Музыка для оценки использовалась попсово-танцевальных жанров, как наиболее типичная и громкая.

Если мы хотим слушать музыку на уровне 90 дБ SPL, на усилителе надо выставить такое напряжение, которое бы обеспечило для синуса 110 дБ SPL.

В зависимости от шумности окружающей обстановки рекомендуемый уровень для прослушивания будет варьироваться. Если обстановка шумная – то громкость в наушниках аналогично должна быть выше. При этом, в наушниках с закрытым типом оформления внешний шум будет тише и соответственно громкость нужно выставить ниже.

В каких-то условиях шумоизоляция наушников является обязательной, а в других наоборот противопоказанной. Например, при записи инструмента или вокала на микрофон, «минусовка» из наушников в микрофон попадать не должна. В шумном транспорте без шумоизоляции приходится сильно повышать громкость воспроизведения музыки и не только себе садить слух, но и раздражать окружающих пассажиров. А вот при велокроссе под музыку нужны наоборот наушники открытого типа без шумоизоляции, чтобы слышать окружающий транспорт.

Теперь, исходя из технических данных наушников, можно выяснить, подойдет ли к ним выбранный усилитель.

Типовые источники-усилители

У усилителя основные данные – это максимальное напряжение и ток в заданных критериях качества. В RAA такими критериями являются не абстрактные числовые коэф. искажений, а режимы работы усилителя, эквивалентные классам А, АБ, Б и на грани клиппирования. После анализа большого количества усилителей, для таблицы были определены максимальные значения для слабых, средних и мощный усилителей по отношению к классу А.

• Для слабого усилителя в виде смартфона, планшета и плеера был взят максимальный уровень в -6 dBV и 5 мА.
• Для источника средней мощности (компьютер со звуковой картой, плеер Hi-Fi, портативный усилитель или микшерный пульт): 6dBV/15мА
• И в качестве мощного усилителя взят максимальный уровень в 18 dBV без ограничения по уровню тока.

Уровни напряжения выражены dBV а не вольтах из-за того, что эти данные предполагаются для использования обычными потребителями, а не инженерами. Например в профессиональной сфере, где производится коммутация большого количества устройств (инструменты, микшеры, предусилители, эквалайзеры и прочие устройства обработки звука) все абсолютные уровни выражены в децибелах dBV и dBu, а относительные просто в дБ.

Алгоритм расчета

Расчет оценок идет по следующему алгоритму:

Сперва уточняется оптимальный уровень громкости с учетом шумности окружения и наличия шумоизоляции наушников.

Оптимальный уровень громкости определен для идеальных условий, когда нет внешнего шума. В реальности же обстановка бывает разной и под каждую конкретную ситуацию вносится поправка.

Если наушники с шумоизоляцией, то уровень уменьшается на 6 дБ, а при частичной шумоизоляции на 3 дБ.

Окружающая обстановка оценивается коэффициентом от 0 до 2. Далее прибавляется к оптимальному уровню через умножение коэф. на 6 дБ.

Optimal = SPLOptimal + Environment•6 — Noise cancellation

где
• SPLOptimal = оптимальный исходный уровень 110 дБ SPL
• Environment – коэффициент шумности обстановки
• Noise cancellation – поправка шумоизоляции наушников

Получив значение оптимального уровня в дБ SPL, делаем оценку возможностей источника, исходя из его мощностных параметров.

Анализ оценки по чувствительности наушников

У нас может быть два варианта плохой совместимости: источник тихий или излишне громкий.

Источник тихий

Источник тихий и не может обеспечить с конкретными наушниками необходимый уровень громкости.

Вычисляем разницу в дБ между возможностями источника и оптимальным уровнем.

Delta = Sensitivity + Amp Voltage — Optimal

где
• Sensitivity — чувствительность наушников к напряжению
• Amp Voltage – максимальный уровень напряжения в dBV
• Optimal – оптимальный требуемый уровень, рассчитанный ранее
Оценка = 5 +[Delta/6]

Источник громкий

Многие современные устройства используют цифровую регулировку громкости и при выставлении малого уровня фоновый шум на выходе не убавляется и становится заметным на фоне воспроизводимой музыки. У устройств с аналоговым регулятором часто наблюдается разбалансировка громкости между правым и левым каналом из-за несовершенства типовых переменных резисторов, управляющий уровнем громкости.

Если полученная ранее Delta является положительной и не более 20 дБ, то оценка 5 по пятибалльной шкале. Свыше 20 дБ оценка уменьшается на единицу на каждые 6 дБ.

Оценка = 5-[(Delta – 20)/6]

Анализ параметра сопротивления наушников

При анализе сопротивления мы аналогично определяем оптимальный уровень Optimal и оцениваем источник по максимальному току, без учета напряжения. Если есть запас по току, то оценка 5 по пятибалльной шкале. Если тока недостаточно, то оценка снижается. В тех случаях, когда недостаточно уровня тока, звучание источника становится менее качественным.

Для начала считаем необходимый уровень напряжения у источника
VdBV = Optimal — Sensitivity

где
• Sensitivity — чувствительность наушников к напряжению
• Optimal – оптимальный требуемый уровень, рассчитанный ранее

Переводим напряжение из dBV в В и считаем ток.

IOptimal = 1000•V/R

где
• R – сопротивление Ом
• V напряжение в вольтах

Сравниваем ток с максимальным для источника в дБ.
Delta_I = 20•Log10(ISours/IOptimal)

По аналогии с напряжением вычисляем оценку, где уменьшение на 6 дБ отнимает единицу

Оценка = 5 -[Delta/6]

Оценка по шумоизоляции

Оценка по шумоизоляции выставляется от внешних условий, нужна шумоизоляция или нет. Например для велосипедиста на улице среди машин шумоизоляция противопоказана. В метро в шумной обстановке шумоизоляция обязательна.

• Если у наушников есть шумоизоляция и она нужна, то оценка 5.
• Если есть шумоизоляция и она не нужна или наоборот нет шумоизоляции и она нужна, то оценка 1.
• Для наушников с частичной шумоизоляции оценка 3.

Итоговая оценка является средним арифметическим трех оценок.

Итог

Таким образом, можно быстро сориентироваться, где лучше всего будут проявлять себя конкретные наушники. Но самое главное, оценка совершенно беспристрастна, она зависит только от измеренных параметров в одинаковых условиях и никак не влияет от маржи продавца.

В комментариях приветствуются пожелания и замечания по данной методике расчета.

Дальнейшее развитие

Немного позже будет открыт «он-лайн калькулятор», где можно будет вводить вручную данные от наушников и усилителя и получать рекомендацию по их использованию. Будут добавлены и дополнительные параметры в виде «слушаю музыку тихо», «шумоизоляция нужна частичная» и т.п. под индивидуальные случаи.

В дальнейшем подобная таблица появится и для источников-усилителей с возможностью on-line подбора конкретных наушников вместо обобщенных типовых усредненных моделей.

> Проект RAA
> База отчетов измерений наушников RAA
> Таблица рекомендаций с примером расчета (для тех, кто не разобрался в формулах)