В характеристиках любых наушников обязательно указываются их импеданс (сопротивление) и чувствительность, а часто – и обеспечиваемое ими звуковое давление. Что все это значит и как это влияет на выбор усилителя для наушников?
При выборе наушников и усилителя для них важно понимать, как правильно соотносятся три параметра: чувствительность, сопротивление, выходная мощность усилителя. Это сложное уравнение с тремя переменными, неправильное решение которого может испортить впечатление от звучания даже самых лучших наушников. Но в результате важны даже не цифры спецификаций, а то, как звучание будет восприниматься нашим слухом и мозгом. Немного терпения – сейчас мы все объясним.
Чувствительность и громкость
Чувствительность измеряется так. На наушники подается синусоидальный сигнал одной частоты или спектра частот сигнал мощностью 1 мВт, и измеряется создаваемое ими звуковое давление. Получившееся значение и будет чувствительностью наушников. Предположим, что чувствительность наушников оказалась равна 101 дБ. Значит ли это, что им требуется всего 1 мВт подводимой мощности, чтобы развить звуковое давление в 101 дБ? Ведь это довольно громкий звук, примерно как в фан-зоне на рок-концерте. Технически это верно, но на самом деле не соответствует действительности.
В реальном мире звуковой сигнал очень редко бывает похож на гладкую синусоиду. Именно поэтому точная запись звука – целое искусство. График хорошо записанной музыкальной композиции состоит из множества пиков и впадин, и может показаться, что он выглядит как беспорядочное нагромождение множества сигналов. Главным же является то, что в записанной музыке есть переходные сигналы, которые и определяют ее суть.
Переходный сигнал – это всплеск громкости, который выделяется из общей канвы мелодии. Примеры такого звукового акцента легко найти в партии ударных. Переходный сигнал имеет очень небольшую длительность, а громкость его гораздо выше среднего уровня записи. Это превышение может составлять от 10 до 50 дБ. Для примера рассмотрим запись джазовой композиции «Black Arthur's Bounce» группы Mark Dresser Seven (рис. 1). Обратите внимание, что в ее начале уровень сигнала небольшой и переходные сигналы не так значительны, но в конце громкость нарастает и переходные сигналы легко рассмотреть даже непрофессионалу.
Рисунок 1
Мощность соотносится с громкостью звука по логарифмической шкале. Это означает, что для увеличения пиковой громкости на 10 дБ вам потребуется увеличить мощность в 10 раз. Таким образом, если заявленная чувствительность модели составляет 101 дБ при 1 мВт, то для передачи пиков сигнала в 111 дБ потребуется уже 10 мВт. Если увеличить громкость пиков еще на 10 дБ – до 121 дБ – мощность снова должна вырасти в 10 раз, до 100 мВт. Для пиков в 131 дБ будет нужно уже 1000 мВт. Если усилитель не может обеспечить достаточную мощность для воспроизведения этих пиков, он «отрежет» верхушки переходных сигналов. В Hi-Fi это называют ограничением сигнала, которое приводит к неприятным на слух искажениям.
Вот почему качественные усилители для наушников часто способны развить мощность, которая скорее подошла бы для небольших колонок. Цель состоит не в том, чтобы воспроизводить музыку как можно громче, а в том, чтобы точно передать все переходные сигналы. Звук музыки будет чистым и четко артикулированным даже на небольшой громкости, ведь все нюансы мелодии можно будет легко воспроизвести без искажений.
Рисунок 2
Выше приведено изображение, на котором показаны ограничения сигнала на композиции «Black Arthur's Bounce» при недостатке запаса по мощности. Участки, помеченные красным, будут звучать с искажениями – здесь присутствуют ограничения сигнала.
Работа мозга
Наверняка многие из вас подумали: «130 дБ — это достаточно громко, чтобы повредить мой слух! Зачем мне воспроизводить эти пики, если я оглохну?». И опять это верно лишь отчасти. Важно понимать, что, хотя громкость на переходных сигналах может быть намного выше безопасной для слуха, длятся они всего несколько миллисекунд. Кроме того, наш мозг устроен так, что сам ограничивает пиковый уровень переходных сигналов, хотя и делает это очень плавно. Например, пиковые уровни в 120 дБ человек будет воспринимать как 90 или 100 дБ. На картине ниже показано, как это работает. Желтая область представляет собой средний уровень громкости, воспринимаемый мозгом, а синяя область показывает полный динамический диапазон сигнала.
Рисунок 3
Но вернемся к чувствительности наушников. Если ее показатель составляет не 101, в 121 дБ, то для создания такого же звукового давления и передачи пиков сигнала усилителю нужно будет напрягаться гораздо меньше. Меньшая нагрузка для усилителя означает и меньшие искажения в звуке.
Импеданс или сопротивление
Нам осталось разобраться с импедансом наушников. Импеданс предоставляет собой сопротивление, значение которого зависит от частоты подаваемого сигнала. Поэтому значение сопротивления, которое вы видите в спецификациях модели (например, 32 Ом) всего лишь усредненный показатель импеданса.
На разных частотах сопротивление будет больше или меньше, и усилителю придется справляться с этим. Чем выше сопротивление, тем большее напряжение необходимо для достижения высокого уровня громкости. То есть усилителю необходим запас по выходной мощности, чтобы громкость звука была одинаковой во всем частотном диапазоне.
Итак, какие же выводы мы можем сделать?
- Чем выше чувствительность наушников, тем меньшая мощность требуется от усилителя, чтобы не было ограничения сигнала.
- Мощность, необходимая для передачи переходных сигналов при сохранении звукового давления, на самом деле на несколько порядков выше, чем используемая при измерении чувствительности наушников.
- Наш мозг сглаживает резкие пики громкости, а это означает, что переходные пики на самом деле должны быть намного громче, чем нам кажется, чтобы звучать точно.
- Наушники с низким импедансом требуют меньшего уровня подаваемого напряжения, чем с высоким. Это уменьшает нагрузку на усилитель. С другой стороны, наушники с более высоким импедансом при правильном выборе усилителя могут дать более насыщенный, детализированный звук, но об этом мы поговорим в следующий раз.