Нужен ли вам усилитель для наушников? Что такое усилители для наушников Вернёмся к предусилителям: профессиональное применение.
К написанию поста меня подтолкнул опрос , который мы недавно проводили. В шутку сделали вариант ответа «Что такое усилитель для наушников». Неожиданно этот пункт набрал 20% голосов.
Собравшись с мыслями, мы решили немного поговорить на эту тему.
Самый главный вопрос, который возникает – зачем нужен такой усилитель. Ведь почти на любом устройстве, будь то магнитола, плеер, или звуковая карта, есть выход для подключения наушников.
Можно предположить, что усилитель нужен для увеличения громкости звука, но обычно наушники уже выдают достаточно комфортный уровень громкости, даже с приличным запасом. Это означает, что какой-то усилитель уже есть в этих устройствах. Назовем его «встроенным».
Если немного покопаться в интернете, то можно найти много статей о внешних усилителях. Обычно все сводится к тому, что использование внешнего усилителя улучшает качества звука. Напрашивается вывод, что параметры встроенных усилителей оставляют желать лучшего.
Тогда возникает вопрос: «Почему аудио сигнал, проходя через «плохой» усилитель, а далее через «хороший», улучшается. Ведь по логике, если встроенный усилитель добавляет искажения, то внешний должен их только усилить.
Давайте попробуем разобраться в этом.
Если провести обмеры встроенных усилителей на холостом ходу (без нагрузки), то можно убедиться, что в целом параметры встроенных усилителей не плохие. Но картина серьезно меняется, когда к выходу усилителя подключены наушники. Параметры резко ухудшаются. Обычно это происходит из-за плохого согласования низкоомной нагрузки (наушников) и усилителя. Не удивительно, что это приводит к серьезному ухудшению качество звука.
Если используются высокоомные наушники, то ситуация становится чуть лучше. Но в таком случае встроенным усилителям обычно не хватает запаса по напряжению, чтобы получить приемлемую громкость в наушниках.
Теперь рассмотрим ситуацию, когда к выходу для наушников подключен внешний усилитель для наушников.
Сразу надо отметить, что входное сопротивление внешнего усилителя большое, обычно не менее 20 кОм. Работа на такую высокоомную нагрузку не представляет для встроенного усилителя особых трудностей. Она похожа на работу без нагрузки (достигаются максимально возможные характеристики для данного устройства). В этом случае, внутренний усилитель легко отрабатывает все, что должен без лишних искажений. А всю остальную работу берет на себя специализированный усилитель, который для этого и создан.
Получается, что внешний усилитель помогает раскрыть потенциал аудио устройства и услышать на что действительно способны наушники.
На одном из форумов встречал интересное сравнение, что слушать наушники без внешнего усилителя – все равно, что смотреть телевизор без антенны. Рациональное зерно в этом утверждении действительно есть.
Ну а лично для меня использование усилителя по ощущениям было сродни переходу от встроенной к хорошей звуковой карте. В знакомых композициях появились детали, которых до этого не было слышно. Больше всего меня поразило, что это преображение произошло с обычными недорогими наушниками, которые я использовал уже несколько лет и даже не подозревал, что они могут так играть.
Поэтому если представится возможность, то советую попробовать хороший внешний усилитель для наушников. Уверен, что не разочаруетесь. А если уже был опыт использования таких усилителей, то интересно услышать Ваше мнение в комментариях.
Хотите попробовать сами собрать усилитель для наушников? Тогда у нас есть готовое решение - конструктор усилителя "Гамма". Все статьи посвященные проекту "Гамма" можно найти через навигатор
Заказать конструктор усилителя "Гамма" можно у нас на сайте: АЛ "Философия Звука"
Сообщество для обсуждения конструкторов - "Электронные конструкторы" . Присоединяйтесь.
Выполняет две задачи: обеспечивает необходимую громкость и качество . При использовании встроенного в обычную бытовую технику усиления, может недоставать и громкости и качества. В то же время, не все усилители, что справляются с громкостью, способны донести музыку с подобающим качеством или в первозданном виде.
По используемым компонентам усилители можно разделить на ламповые, транзисторные и гибридные.
Ламповые усилители в большинстве случаев обладают теплым и комфортным звучанием. Особый шарм этим усилителям дают лампы, светящиеся в темноте. При выборе лампового усилителя обратите внимание на следующий момент, если лампы используются снаружи корпуса и ничем не прикрыты, то усилитель не должен располагаться в тех местах, где до него могут добраться дети или домашние животные. Лампы у таких усилителей горячие и сам усилитель должен находиться в хорошо вентилируемом месте. Усилители, лампы которых находятся внутри корпуса, не так эффектно выглядят, но зато их можно использовать везде.
Транзисторные усилители зачастую воспроизводят звук очень точно и четко, без какого-либо вкусового окраса. Также, в отличии от ламповых усилителей, транзисторные усилители хорошо работают с низкоомными наушниками. Транзисторные усилители зачастую более компактны и потребляют меньше энергии.
Гибридные усилители — это усилители, использующие как транзисторы, так и лампы. Такие усилители объединяют в себе все преимущества и недостатки транзисторного и лампового усиления. Как правило, такие усилители хороши для низкоомных наушников, где лампа дает мягкость звучания, а транзистор дает мощность, необходимую для низкоомных наушников.
В большинстве случаев усилитель проектируется под определенный тип наушников, одни работают с низкочувствительными «тугими» наушниками, а другие, наоборот, с высокочувствительными. Именно с тем типом наушников, под который разрабатывался усилитель, звучание будет наиболее полноценное и комфортное. Излишняя мощность у усилителя в данном случае большого преимущества не имеет.
Чаще всего транзисторные усилители рассчитаны на низкоомные наушники, а ламповые на высокоомные.
Современный мир не мыслим без музыки, поэтому она окружает нас практически везде. Довольно распространённая картина, когда в общественном транспорте большинство пассажиров слушают музыку в наушниках. Но, к сожалению, качество звучания в них зачастую бывает не на высоте. Поэтому всё чаще люди, выбирая наушники, вспоминают и про усилитель для наушников .
Что же такое усилитель?
История усилителей началась в 1904 году, когда американец Ли де Форест после усовершенствования вакуумного диода Д.А.Флеминга, собрал первый прибор. Дальнейшее развитие технологий и изобретение в 1984 году транзистора способствовало тому, что сегодня существует множество усилителей разных типов. Их классификация (их несколько) напрямую связана с тем, как обрабатывается входящий сигнал, со схемами, которые используются, чтобы согласовать выходной каскад с нагрузкой и с типом активных элементов, которые используются в составе усилителя. Этот прибор выполняет сразу несколько задач: передаёт без искажений полученный сигнал от аудиосистемы и усиливает его.
- Выделяют 3 основных класса усилителей для наушников.
- Класс «А». Приборы этого класса обладают лучшей линейностью усиления и полным отсутствием любых искажений входящего сигнала. Но КПД у них очень низкий – всего 10-20%, поэтому такие усилители считаются неэкономичными и быстро нагреваются в процессе работы. Но, не смотря на это, усилитель класса А для наушников сегодня считается лучшим.
- Класс «В». Сюда относятся устройства, звук которых усиливается только во время полупериода прохода звукового сигнала. В этом случае КПД возрастает до 60-70%.
- Класс «АВ» — это своего рода промежуточное звено между предыдущими двумя классами. Искажение сигнала в этом усилителе снижаетсятся благодаря его начальному смещению, а КПД равно 40-55%.
Сегодня популярность усилителей для наушников растёт, так как даже самые новые смартфоны и планшеты не могут обеспечить высокое качество звукового сигнала.
Нередко бывает, что после покупки дорогих внутриканальных наушников (вроде Westone 4 или Sony XBA-4) качество звука поднимается далеко не на ту ступень, которая ожидается от топовой модели. Аналогичная картина наблюдается и с полноразмерными моделями (крупными наушниками, вроде Audez’e LCD2): вроде бы и громкость хорошая, но сам звук какой-то мутный, безжизненный и резко-раздражающий.
Обычно такая ситуация типична при подключении наушников к сотовому телефону, музыкальному центру или встроенной звуковой карте. В поисках решения выясняется, что нужен специализированный усилитель для наушников. Давайте попробуем разобраться, какую роль он играет, и каковы его возможные технические параметры.
Вспоминаем физику
Энергопотребление прибора, включенного в розетку, принято выражать через мощность, которая, как известно, зависит от сопротивления этой нагрузки. К усилителям для акустических систем, как правило, подключаются колонки с сопротивлением в 4 Ом или 8 Ом. Производители обычно указывают максимальную мощность для каждого типа колонок, и такой информации достаточно, чтобы примерно оценить итоговую громкость, развиваемую системой. У наушников ряд типовых сопротивлений насчитывает 11 значений, от 8 Ом и до 600 Ом. К сожалению, производители не дают полной информации о максимальной мощности на каждом из номиналов нагрузки.
Подключив к усилителю наушники или колонки, мы с помощью регулятора громкости задаём уровень напряжения, подаваемый на эту нагрузку. Потребляемый ток при этом пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки. Читатель может вспомнить формулу из школьного курса физики I = U/R, где I - ток, U - напряжение, а R - сопротивление. Чтобы не вдаваться в тонкости и термины, достаточно представлять себе соотношения между параметрами цепи на уровне приведенных выше пропорций: «больше сопротивление - меньше ток» и т.д. Соответственно, чем ниже будет сопротивление наушников, тем больший уровень тока надо отдать усилителю, в то время как высокоомным наушникам, наоборот, нужен незначительный ток.
Здесь нужно обратить внимание на отличие усилителя от прибора, включенного в электрическую розетку, где поддерживает переменное напряжение постоянного уровня (его среднеквадратичная величина всем известна - 220 В). На выходе усилителя мы можем выставить и 1 В, и 10 В, и любое другое напряжение. Но если для прибора, запитанного от розетки, энергопотребление будет прямо пропорционально потреблению тока, то у усилителя для наушников это не так: потребление тока будет зависеть как от уровня выставленного напряжения на выходе, так и от величины нагрузки.
Обратная сторона экономии
У каждого усилителя есть два ограничивающих фактора: это уровни максимального напряжения и максимального выходного тока. В случае, когда мы выставляем настолько высокую громкость, что усилителю не хватает напряжения или тока, в выходном сигнале прибора возникают заметные и неприятные искажения.
Colorfly C3
Низкоомные наушники, как правило, обладают высокой чувствительностью, и им не нужен усилитель с высоким порогом выходного напряжения. В сотовых телефонах и плеерах зачастую усилитель ограничен уровнем выходного напряжении 0,2 - 0,3 В, а в мощных плеерах вроде HiSound или Colorfly C3 - уровнем порядка 0,5-0,7 В. Первого уровня напряжения вполне хватает для низкоомных внутриканальных наушников, а второго - даже для полноразмерных крупных наушников. Однако такие наушники потребляют большой ток, и производители мобильных и портативных устройств стараются этого избежать.
Экономия, на которую они при этом идут, проявляется либо в использовании максимально экономичных микросхем усилителей (с высоким КПД, малым потреблением тока, но в итоге с низким качеством звучания), либо в ограничении питания усилителя, в результате чего он работает с искажениями. Впрочем, производители экономят на энергопотреблении не зря: эти меры позволяют сотовому телефону или плееру долго работать на одном заряде компактной аккумуляторной батареи, что очень важно с учётом скромных габаритов этих устройств. Но в жертву приносится качество звука.
На внешнем питании
У самых качественных на сегодняшний день плееров - таких, как Colorfly C4 Pro и iBasso DX100 - достаточно большие габариты как раз потому, что их производители не экономили на энергопотреблении. Помимо таких плееров существуют и портативные усилители, которые питаются от собственного аккумулятора и подключаются к любому источнику питания. Благодаря высокому сопротивлению на входе они практически не потребляют энергии от телефона или плеера и позволяют слушать музыку долго, как если бы телефон воспроизводил её на очень низком уровне громкости. Портативные усилители могут быть предназначены как для внутриканальных наушников, вроде iBasso D-Zero, так и для крупных наушников, вроде iBasso D12 Anaconda. Для владельцев планшетов и ноутбуков эти усилители можно даже подключить по USB, словно компактную внешнюю звуковую карту.
Colorfly C4 Pro
iBasso D-Zero
Для домашних наушников может потребоваться как усилитель с большим порогом выходного тока и низким уровнем напряжения для низкоомных моделей, так и наоборот - с низким порогом для выходного тока и высоким порогом для выходного напряжения. Поэтому усилители делятся условно на универсальные (работающие с практически любым сопротивлением наушников), так и на приборы, работающие преимущественно с определенным номиналом нагрузки, что позволяет лучше оптимизировать схему усилителя и получить прирост в качестве.
Сводя шумы к минимуму
А почему не использовать вместо усилителя для наушников обычный усилитель для колонок, который и напряжения, и тока может выдать больше? К сожалению, усилители для колонок изначально рассчитаны на высокий уровень сигнала, а на малых уровнях получается либо много искажений, либо хорошо слышен фоновый шум усилителя. С колонок, обладающих более низкой чувствительностью, шум практически не слышен, даже когда ухо подносится непосредственно к динамику, а вот у наушников динамик и более чувствительный, и расположен слишком близко к уху. По этой причине усилитель для наушников проектируется таким образом, чтобы фоновый шум был максимально низок.
Из-за большого количества типовых сопротивлений, условно делящихся на низкоомные и высокоомные, некоторые усилители содержат два выхода для наушников. Вход для низкоомных наушников, как правило, тише и более качественно работает на низких уровнях громкости.
На лампах или на транзисторах?
Особого упоминания достойны ламповые усилители. Сегодня лампа редко используется в усилителях, т.к. не экономична по сравнению с транзистором, требуя большого расхода энергии, а также не позволяет сделать усилитель компактным и «холодным». Тем не менее, ламповые усилители очень музыкальны и не сдают позиции в аудиосистемах, которыми пользуются ценители качественного звука.
Laconic LunchBox 6 Pro
Laconic Night Blues mini
Один из самых бюджетных и компактных усилителей - Laconic LunchBox 6 Pro, предназначенный в основном для работы с высокоомными наушниками. Обычно транзистор способен пропустить через себя большой уровень тока, но ограничен по уровню напряжения, в то время как лампа, наоборот, может работать с высоким напряжением, но ток достаточно мал. По этой причине связка из высоокоомных наушников и лампового усилителя наиболее оптимальна. Для низкоомных наушников делают более сложные ламповые усилители, где усилительный каскад работает с высоким напряжением, которое, в свою очередь, подается на понижающий трансформатор. После этого на выходе получается низкое напряжение и хороший запас по уровню тока, достаточного для работы с низкоомными наушниками. Ярким примером такого устройства может служить модель Laconic Night Blues mini.
Подбираем усилитель
По какому параметру стоит подбирать усилитель? В идеале для этого нужна таблица, в которой бы была указана максимальная мощность для каждого типового сопротивления наушников. Однако в технических данных приборов, в самом лучшем случае указывается лишь максимальный уровень мощности, исходя из которого не всегда можно вычислить максимальный уровень тока и напряжения для остальных типов сопротивлений. В этой ситуации остается полагаться на указанные допуски сопротивления, с которыми работает усилитель. Например, если нижнее ограничение - 30 Ом, то это значит, что наушники с сопротивлением 16 Ом будут воспроизводить звук с искажениями. Если же указано максимальное сопротивление 300 Ом, то, значит, наушники с сопротивлением 600 Ом будут играть недостаточно громко. Все остальные характеристики, такие как частотный диапазон и уровень искажений, носят в основном справочный характер.
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 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:
- У вас повреждён слух и даже громкий звук кажется вам нормальным
- Ваши наушники сломаны
- Источник звука не обеспечивает достаточной мощности, чтобы наушники зазвучали в полную силу
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.
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)=√
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.