Для чего нужен усилитель для наушников
Усилитель для наушников — зачем он нужен и как выбрать?
Содержание
Содержание
Если вы любите слушать музыку в наушниках, то наверняка хоть раз слышали о каких-то таких крутых моделях, которым обязательно нужны усилители. Что вообще такое усилитель для наушников, зачем он нужен и пора ли бежать за ним в магазин? Как понять, что вашим наушникам необходим (или нет) этот самый усилитель? Разбираемся.
Многие предпочитают слушать музыку через наушники. Кто-то любит чувство изолированности от окружающего мира, других привлекает глубокий звук. Они портативны, удобны, незаменимы в поездках и путешествиях. Однако при покупке качественных наушников многие сталкиваются с тем, что звук тихий, глухой, тусклый, басы вялые. Такое бывает из-за несоответствия характеристик наушников и выхода аудиоустройства. Проблемы возникают, когда «уши» с высоким сопротивлением и низкой чувствительностью подключены к смартфону, плееру или встроенной звуковой карте, хотя при очень требовательных к питанию моделях иногда сдаются и внешние аудиокарты.
Почему наушники звучат плохо?
Если коротко: высокоомные наушники любят высокое напряжение, но им не нужен большой ток. Аккумулятор смартфона или плеера чаще всего попросту не может обеспечить встроенный усилитель достаточным напряжением. Поэтому его рассчитывают под наушники с небольшим импедансом, которым важнее ток, чем напряжение.
Чтобы ответить подробнее, нужно сделать пару лирических отступлений. Для начала следует разобраться в импедансе.
Импеданс — это номинальное сопротивление на входе наушников, измеряется в Омах. По величине сопротивления все наушники можно условно разделить на три группы:
Зачем вообще наушникам высокое сопротивление? На самом деле, до недавнего времени со звучанием «ушей» особо не заморачивались. Самый качественный звук традиционно предлагали студийные модели, и они все были высокоомными, потому что студийная техника всегда обладала мощными выходами. Подключенные к ним низкоомные наушники звучали бы слишком громко вплоть до боли в ушах.
Второе преимущество, о котором задумались уже чуть позже — больший вольтаж дает большую детализацию и лучшую динамику, звучание становится как бы более насыщенным, ярким и глубоким. В итоге среди производителей хай-фая и хай-энда пошла мода выпускать дорогие высокоомные модели, и сегодня они занимают существенную часть рынка. Разумеется, это не значит, что любая высокоимпедансная модель звучит лучше наушников с низким сопротивлением.
Кроме импеданса еще одним важным значением является чувствительность наушников. Это сколько децибел они выдадут в расчете на милливольт. Есть схожий параметр — эффективность, измеряется в децибелах на милливатт, но обычно указывается именно чувствительность.
Теперь правила:
Например:
Однако даже если наушники нетребовательны к сигналу, это еще не означает, что встроенный усилитель смартфона или плеера не портит качество их звучания. Нередко копеечные усилители вносят искажения, особенно на высокой громкости, а также имеют раздражающие посторонние шумы и фоновое гудение. Они возникают из-за влияния различных радиоэлементов друг на друга при слишком плотной компоновке корпуса. Обойти ограничения встроенных усилителей помогают внешние усилители для наушников.
Усилители наушников
Как нетрудно догадаться, они усиливают аудиосигнал воспроизводящего устройства до нужных значений. Но современные модели умеют гораздо больше и бывают трех основных типов:
1. Портативные, чтобы воткнуть в него смартфон или плеер и слушать музыку в дороге. Они очень удобны:
Но, как водится, есть и минусы:
2. Стационарные, причем разных ценовых категорий:
Стационарные усилители для наушников выполняют ту же роль, что и обычные усилители у любителей большой акустики, но с дополнительными фичами. Как правило, в них встроен ЦАП, поэтому они сочетают в себе роль внешней аудиокарты и усилителя. Например, FOSTEX HP-A8MK2 — такие штуки удобны, если нужен бескомпромиссный прибор для извлечения максимально качественного звука из домашнего ПК прямо в уши.
3. Студийные усилители нужны, в основном, для живой записи группы музыкантов — хора, оркестра и т. п. Поэтому студийные приборы имеют по восемь выходов на наушники, чтобы каждый исполнитель мог себя слышать. Некоторые из них имеют вид внушительных рековых приборов и попросту не нужны в домашних условиях, хотя на студии без них никуда.
Студийный Behringer HA4700 Headphone Amp
Как правильно подобрать усилитель для наушников
Рассчитать, сколько питания потребуется приглянувшимся наушникам, можно онлайн. Энтузиасты сделали множество бесплатных калькуляторов, например, Headphone power calculator. С помощью него можно узнать, сколько Милливатт нужно для того, чтобы наушники звучали с желаемой громкостью.
Делается это следующим образом. К примеру, есть наушники Beyerdynamic DT 990, версия на 250 Ом, их чувствительность составляет 96 Дб. Если ввести эти данные в калькулятор, получится вот такая таблица:
Обычно смотрят на громкость в районе 110 Дб — это в 10 раз ниже болевого порога. В характеристиках наушников видно, что именно такую громкость берут по умолчанию, когда указывают мощность (если указывают):
Далее нужно открыть характеристики выбранного усилителя и посмотреть на его выходную мощность — та должна быть не меньше. Иногда производители указывают на сайтах, сколько милливатт может выдать усилитель при определенном значении сопротивления. Например, у FiiO Q1 II при 300 Ом — всего 11 мВт на канал, поэтому он наушники Beyerdynamic DT 990 не прокормит:
Он, конечно, и не должен, ведь максимальное сопротивление в характеристиках заявлено 150 Ом, однако тот факт, что производитель указал на сайте выходную мощность для 300 Ом, намекает, что наушники с таким импедансом и чувствительностью выше 106 Дб все-таки смогут с ним ужиться, хоть и на страх и риск покупателя. А вот Sony PHA-2A подойдет идеально — даже будет запас по мощности:
Запас по мощности — важный момент. Как правило, импеданс наушников не фиксированный, он меняется в зависимости от спектра частот. Например, наушники Sennheiser известны тем, что имеют на басовых частотах пиковые значения импеданса до 450–600 Ом! Графики импеданса можно найти не на всех сайтах производителей, поэтому ими часто занимаются энтузиасты, но из них всегда можно узнать много интересного. Например, что в сочетании с усилителем без запаса по мощности басовые частоты будут проседать на высокой громкости.
Импеданс Sennheiser HD650 имеет выраженный подъем в басовом и высокочастотном диапазонах.
Усилители для наушников действительно делают и громче, и лучше. Большинство портативных моделей обходят ограничения смартфона или плеера и обрабатывают сигнал по-своему. Многие стационарные модели сочетают в себе возможности внешней звуковой карты и усилителя, обладая при этом целым набором полезных функций.
Можно с уверенностью сказать, что усилитель необходим обладателям капризных к источнику звука высокоомных наушников с низкой чувствительностью — такие не выдадут и десятой части своего потенциала при подключении напрямую смартфону или планшету. Если в усилителе есть ЦАП и возможность слушать музыку в высоком разрешении (например, 24 бита \ 192 кГц), тогда он превратит любой смартфон в Hi-Res-плеер. Правда, расплатой за все это волшебство будет дополнительная коробочка в кармане.
Как выбрать усилитель для наушников
Зачем нужен усилитель для наушников
Чтобы получить качественный звук от мобильных устройств (смартфонов, mp3-плееров, планшетов и т.п.). Одна из основных характеристик любого мобильного устройства – время работы от батарей. Производители идут на любые ухищрения, чтобы снизить энергопотребление и увеличить время автономной работы гаджета. Поэтому усилитель звука в мобильном устройстве, как правило, имеет низкое напряжение на выходе (0,15-0,3В) и малую мощность.
Для канальных наушников с малым импедансом это не так уж важно – звучать они будут достаточно громко, но вот высокоомные (от 100 Ом) наушники ожидаемой громкости обеспечить не смогут, хотя чувствительность у них может быть даже больше. Почему так? Потому что чувствительность обычно указывается относительно мощности наушников – дБ/мВт. Т.е., при подаче 1 мВт на наушник чувствительностью 100 дБ, он даст на выходе именно такое звуковое давление – 100 дБ. Но что такое 1мВт для наушника с импедансом 8 Ом и 300 Ом? Согласно школьному курсу физики,
Из этого следует, что при импедансе 8 Ом для обеспечения мощности 1 мВт усилитель должен выдать сигнал амплитудой,
а чтобы обеспечить ту же мощность для наушников с импедансом 300 Ом, уже 0,5В. Если вспомнить, что выходной сигнал гаджета у нас ограничен 0,2-0,3 В, становится ясно, что от высокоомного наушника громкого звука ждать не приходится, хотя чувствительность у него вроде бы такая же, как у низкоомного.
Существует устойчивый миф, что хороший звук можно получить только на полноразмерных высокоомных наушниках. Это не так – сегодня существует множество низкоомных наушников (как вставных, так и полноразмерных) с отличными характеристиками.
Так зачем же нужны высокоомные наушники? Не проще ли перейти на низкоомные и забыть о всяких дополнительных усилителях?
Тоже не все так просто – при низком сопротивлении наушников через усилитель гаджета протекает больший ток. Для обычных усилителей это не так важно, но компактная электроника мобильных устройств повышенных токов не любит. Коэффициент нелинейных искажений на звуковом выходе гаджета может заметно вырасти с ростом тока за счет увеличения тепловыделения и нагрева полупроводниковых элементов, а также за счет возрастания тепловых шумов и дробных шумов, вносимых непроволочными резисторами. Кроме того, выходное сопротивление встроенных усилителей смартфонов часто бывает довольно высоким и оказывает заметное влияние на АЧХ низкоомных наушников.
Проще говоря, низкоомные наушники будут звучать громко, но звук может оказаться плохим даже на дорогих качественных моделях, а высокоомные наушники скорее обеспечат хорошее качество, но громкость их будет неудовлетворительной.
Поэтому для получения качественного звука с рядового смартфона наличие усилителя становится просто обязательным. Для многих mp3-плееров усилитель тоже потребуется – качество усилителя дешевых плееров зачастую не выше, чем у простых смартфонов.
Кроме улучшения качества звука усилитель еще и снизит энергопотребление мобильного устройства и, соответственно, продлит время автономной работы – для быстро разряжающихся современных смартфонов это немаловажный критерий.
Определившись с необходимостью усилителя, можно перейти к выбору конкретной модели по характеристикам. Покупать первый попавшийся усилитель не стоит, необходимо, чтобы он соответствовал мобильному устройству и, особенно, наушникам. Имеет смысл сначала определиться с выбором наушников, а уже затем (при необходимости) подобрать под них усилитель.
Характеристики усилителей наушников.
От исполнения зависит, сможете ли вы слушать музыку в дороге и на прогулке. Портативные усилители обычно имеют небольшие размеры и собственный автономный источник питания. Стационарные же больше габаритами и зачастую могут быть запитаны только от сети 220В. Зато многие такие усилители могут быть использованы для подзарядки мобильного устройства одновременно с проигрыванием музыки.
Вид схемотехники большинства современных усилителей – транзисторный. Транзисторы компактнее, экономичнее, прочнее и дешевле. Но ламповые усилители продолжают удерживать свои позиции благодаря большому количеству любителей «теплого лампового звука». Плюсы у ламп имеются:
— лучшая, чем у транзисторов, линейность, дающая гладкую АЧХ на простых схемах;
— лучшая устойчивость к перегрузкам, как при коротком замыкании выхода, так и при избыточной мощности входного сигнала. Перегруженный транзисторный усилитель портит звук сильнее лампового;
— не стоит недооценивать эстетический эффект лампового усилителя с открытыми лампами
Но АЧХ современных полупроводниковых усилителей давно не уступает ламповым, а минусы электронных ламп при использовании в усилителях заметно перевешивают плюсы. Это:
— высокий уровень тепловых шумов (каковой шум многие принимают за тот самый «ламповый звук»)
— недолговечность ламп из-за постепенного выгорания катода;
— высокая стоимость ламп и усилителей на них;
— низкая механическая прочность – лампы не выносят вибраций, при перевозке лампового усилителя лампы лучше вынуть и везти отдельно, соответствующим образом их упаковав;
— высокий коэффициент нелинейных искажений за счет использования выходного трансформатора;
Гибридные усилители с выходным каскадом на транзисторах имеют меньший коэффициент нелинейных искажений, но тепловой шум от ламп в них сохраняется, поэтому отношение сигнал/шум более 90 дБ ни в ламповых, ни в гибридных усилителях практически не встречается.
Выходная мощность усилителя определяет максимальную громкость, которую смогут выдать подключенные к нему наушники. Только надо иметь в виду, что производитель обычно указывает мощность при минимальном импедансе наушников. С ростом импеданса подключенных наушников мощность падает: так, усилитель, обеспечивающий 16 мВт с наушниками 16 Ом, на 300-омной нагрузке даст всего 0,8 мВт. Поэтому перед покупкой желательно выяснить, какую мощность усилитель обеспечивает при подключении к нему конкретных наушников. Мощность должна быть такой, чтобы обеспечивать на наушниках звуковое давление в диапазоне 105 – 115 дБ, что считается достаточно громким для большинства людей. Чтобы выяснить, будут ли наушники создавать нужное звуковое давление, следует посчитать его по формуле:
Так, при чувствительности наушников в 96 дБ/мВт и мощности усилителя 0,8 мВт для данных наушников, максимальное звуковое давление будет 95 дБ, что явно недостаточно.
Максимальноеи минимальное сопротивление определяют диапазон, внутри которого должен быть импеданс используемых с этим усилителем наушников. При использовании наушников с импедансом, меньшим минимального, выросшие токи в усилителе могут привести к его повреждению. При подключении наушников с импедансом, большим максимального, звук будет слишком тихим.
Отношение сигнал/шум показывает, насколько сильно шумит усилитель при отсутствии сигнала. Чем выше этот показатель, тем более чистый звук обеспечивается системой. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End усилители способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.
Входы усилителя определяют, какие форматы получения сигнала он поддерживает, и какие разъемы потребуются для его подключения к мобильному устройству. Для получения аналогового аудиосигнала с гаджета используются «джеки» (jack) 2,5, 3,5, 6,35 мм и «тюльпаны» (RCA). Для получения цифрового аудиосигнала – SPDIF и USB. И в том и в другом случае необходимо, чтобы на мобильном устройстве был соответствующий разъем и, разумеется, поддержка возможности передачи аудио через него. Разнообразие различных входов, кроме поддерживаемого вашим мобильным устройством, не будет лишним: это позволит подключать к усилителю и другие устройства: ноутбук, автомагнитолу и т.д.
Отдельно следует отметить возможность получения аудиосигнала в цифровом виде. Это подразумевает наличие в усилителе собственного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) – модуля, преобразующего цифровые данные из аудиофайла в аналоговый сигнал для наушников. Это удорожает усилитель, но может благотворно сказаться на качестве звука. Дело в том, что в целях экономии производители мобильных устройств (особенно смартфонов) ставят на них недорогие низкоразрядные ЦАП, способные сильно исказить звук.
В этом случае высокое качество усилителя и наушников ничем не поможет – на них будет идти изначально некачественный сигнал. Поэтому, если вы не уверены в качестве комплектующих своего мобильного устройства (и если оно может отдавать звук в цифровом виде), выбирайте усилитель со встроенным ЦАП и цифровым входом.
Варианты выбора.
Если вам нужен усилитель для подключения к вашему гаджету высокоомных наушников, выбирайте среди моделей с большим максимальным сопротивлением по цене от 4600 рублей.
Если вас не устраивает качество звука с гаджета на качественных низкоомных наушниках и вы подозреваете, что причина в низкой разрядности ЦАП, выбирайте среди моделей с цифровым входом. Такие модели будут стоить от 2000 рублей.
Если вы – приверженец «лампового» звука, обратите внимание на стационарные ламповые и гибридные усилители. Но за это придется раскошелиться – такие усилители стоят от 11000 рублей.
Если вы – фанат чистоты звука, вас, несомненно, привлекут высококачественные усилители с отношением сигнал/шум от 110 дБ. Такие устройства доступны по цене от 8500 до 15000 рублей.
Нужен ли вам усилитель для наушников?
Содержание:
Нужен ли отдельный усилитель для наушников? Этот вопрос мучаем многих начинающих любителей High-End звука, и, наверное, вас. Если зайти на форумы, посвящённые наушникам, то многие завсегдатаи будут настаивать на том, что усилитель для наушников жизненно необходим, что звук с ним всегда становится лучше, и более того, нужен не только усилитель, но и отдельный ЦАП для достижения наилучшего качества звучания.
Но на практике, когда дело касается бытовых наушников, пусть и дорогих, усилитель, скорее всего, вам не понадобится.
Усилитель нужен тогда, и только тогда, когда исходящая мощность источника звука меньше, чем рекомендуемая для конкретной модели наушников.
То, что нужно знать о параметрах наушников для определения необходимости в усилители
У вас есть наушники, которые вы недавно купили, или давно, но вы хотите убедится, что вам не нужен усилитель. Подключите их к тому источнику, который обычно используете, теперь начните понемногу увеличивать громкость воспроизведения музыки. Если вам ещё далеко до 100%, но уже становится слишком громко, чтобы продолжать длительное прослушивание музыки, поздравляю, усилитель вам не нужен.
Работа усилителя заключается в том, чтобы дать достаточно мощности наушникам, чтобы они вышли на проектную мощность своей работы, т.е. обеспечивали расчётную и достаточную громкость.
Но если вы значительно увеличили громкость, а её уровень всё ещё не достиг того, что вам тяжело слушать музыку, значит, боюсь, вам нужен отдельный усилитель.
Есть три причины того, что наушники не выдают высокий уровень громкости:
Первая проблема не устранима, на сегодня нет медицинских способов вернуть слух, это грустно, но раз мы не можем помочь, то пропустим этот пункт.
Второй пункт, конечно, тоже останется без нашего внимания, вам нужно либо отремонтировать, либо купить новые наушники.
А вот третий пункт – наша тема и именно про усилитель мы поговорим ниже.
Теперь ещё немного скуки, однако, она необходима. Найдите технические спецификации вашей модели наушников, а конкретнее нас интересует два параметра: сопротивление и чувствительность.
Сопротивление покажет нам какие внутреннее сопротивление имеют наушники, т.е. к какому сопротивлению должен быть приспособлен посылать сигнал источник звука.
Чувствительность нам покажет какую громкость способны развить наушники, если на них подать сигнал мощностью 1 милливатт.
Эти значения нам нужны для того, чтобы понять какой усилитель полностью удовлетворит требования наушников, а какой будет слабоват для них.
В интернете есть несколько калькуляторов, которые, если использовать эти два значения, смогут подсчитать мощность, которой должен обладать усилитель для того, чтобы раскрыть весь потенциал ваших наушников.
Могу порекомендовать калькулятор Digizoid, он наглядный и простой, правда, на английском языке.
Электричество и водопровод
Для того, чтобы наушники работали так, как нужно, они должны в каждый момент времени получать достаточный электрический сигнал. Если сигнал будет недостаточным, наушники будут продолжать работать, но с заметным искажением звука.
Для того, чтобы на простом примере объяснить, как это работает представьте водопроводную трубу, где вольтаж будем представлять, как давление воды, а сопротивление как диаметр трубы. Эта аналогия, конечно, не абсолютно точная, но для первоначального представления подойдёт хорошо.
Итак, вам надо прокачать определённое количество воды по трубе, для этого нужно, чтобы либо у трубы был больший диаметр при неизменном давлении, либо более высокое давление при неизменном диаметре. Точно также происходит с наушниками.
Но только в случае с наушниками ток должен быть постоянно, в каждый момент времени для того, чтобы точно управлять движением драйвера. Воду можно подождать, пока она наберется нужного количества, а электричество ждать нельзя, иначе начнутся заметные искажения в звуке.
Именно для этого нужен усилитель, он, используя собственный источник энергии (в нашей аналогии это резервуар) помогает достичь электрическому сигналу необходимых параметров, чтобы в должной мере обеспечить их питанием для нормальной работы.
Немного математики
Вы знаете, что такое децибел (dB)? Ничего страшного, если не знаете. Децибел – это единица измерения громкости. Важно тут понять, что шкала измерения громкости не алгоритмическая, а логарифмическая. Это значит, что увеличение громкости на 10 dB требует 10-ти кратного увеличения мощности подаваемого сигнала. Например, громкость в 100 dB требует в 10 раз больше мощности сигнала, чем громкость в 90 dB и в 100 раз больше, чем громкость 80 dB.
Наш орган слуха воспринимает громкость чуть иначе, так увеличение громкости на 10 dB мы воспринимаем как в 2 раза более громкий звук. Например, громкость в 70 dB для нас звучит в 2 раза громче, чем 60 dB и в 4 раза громче, чем 50 dB. Это непривычно, но, если задаться целью, вы быстро освоитесь с логарифмической шкалой.
Для вычислений можно выбрать базовой громкостью значение 85 dB, потому что это довольно громко, но при этом недостаточно громко, чтобы было возможно повредить слух краткосрочным прослушиванием звука с такой громкостью.
Чуть выше я предложил вам узнать значение чувствительности ваших наушников и это н случайно. Это значение покажет нам как громко будут звучать наушники если подать на них сигнал мощностью один милливат.
Обычно, если мы говорим о наушниках, которые предназначены для прослушивания музыки, это значение довольно громкое и слушать на таком уровне музыку я не советую, т.к. можно безвозвратно повредить слух. Но это значение поможет нам произвести необходимые подсчёты для того, чтобы понять нужен нам усилитель или нет.
Для вычислений будем использовать закон Ома.
Для того, чтобы увеличить громкость на 10 dB нам нужно подать на наушники в 10 раз более мощный сигнал. Верно и обратное, чтобы уменьшить уровень громкости, нам нужно уменьшить мощность сигнала в 10 раз.
Но как сюда вписывается напряжение?
Для расчётов будем использовать следующую формулу: Voltage(Vrms)=√[Power in Watts*Impedance]
И не забудьте, что все расчёты для наушников ведутся в милливаттах, поэтому не забудьте разделить указанную мощность на 1000 перед вычислениями.
Хорошо, теперь давайте разберём пару примеров, чтобы вам было более понятно, как происходит расчёт.
Наушники 1. Имеют сопротивление 300 Ом и чувствительность 85dB/mW. Это значит, что для того, чтобы звучать на уровне 85 dB нужно подать ток мощностью 1mW с напряжением 0.55Vrms. Однако, чтобы увеличить громкость на 10 dB нам уже понадобиться сигнал с параметрами 10 mW и 1,73 Vrms. Это достаточно высокие параметры и обычный телефон с этим никак не справится. В этом случае отдельный усилитель нам необходим.
Наушники 2. Имеют сопротивление 32 Ом и чувствительность 105dB/mW. Для того, чтобы они достигли уровня громкости 85 dB нужен сигнал с параметрами 0.01mW и 0.02Vrms, что легко достижимо силами обычного телефона. Поэтому таким наушникам отдельный усилитель не нужен, они могут звучать с максимальной громкостью даже будучи подключенными к обычному телефону.
Заключение
Как мы убедились выше, скорее всего, вам не понадобится отдельный усилитель для наушников по причине того, что очень малое число моделей в нём нуждаются. Из-за стремительного распространения смартфонов и стриминговых сервисов подавляющее большинство современных популярных наушников имеют такие параметры, которые позволяют им нормально работать при подключении к любому современному телефону.
Конечно, есть модели, которые требуют отдельный усилитель, но эти наушники надо выбирать специально, я сильно сомневаюсь, что вы придёте в ближайший магазин и купите их по ошибке.