Чувствительность наушников



Если посмотреть внимательно на цифру, обозначающую чувствительность, то увидим, что цифра имеет две разных единицы измерения, к примеру 114 дБ/мВт (dB/mW) или 120 дБ/В (dB/V). В первом случае мы видим чувствительность, выраженную к мощности, а во втором случае – к напряжению. Какая же чувствительность «правильнее»? И как их соотносить между собой?
Чувствительность к мощности дает понять, насколько высокое энергопотребление у наушников, но не дает сравнительной характеристики с другими наушниками, т.к. данная величина сильно зависит от сопротивления наушников, а сопротивления у наушников разные.
Рассмотрим максимально простой вариант. У нас есть усилитель, у которого выходное сопротивление нулевое во всем диапазоне частот. К усилителю мы подключаем разные наушники, о которых нам известны их чувствительности. Наша задача, выявить те модели наушников, которые будут наиболее громкие. У нас будет две группы наушников, к одним нам будут указаны значения чувствительности по отношению к мощности, а к другим к напряжению.
Первая группа - чувствительность к напряжению
Название |
А1 |
Б1 |
В1 |
Г1 |
Д1 |
Чувствительность к дБ/В |
130 |
125 |
120 |
120 |
135 |
Сопротивление |
16 |
60 |
70 |
15 |
12 |
Вторая группа - чувствительность к мощности
Название |
А2 |
Б2 |
В2 |
Г2 |
Д2 |
Чувствительность к дБ/мВт |
114 |
114 |
116 |
118 |
111 |
Сопротивление |
16 |
24 |
32 |
300 |
5 |
Задача сводится к достаточно простым формулам и схеме.

Данная схема – это базовая схема из уроков школьной физики, где у нас есть источник напряжения (наш усилитель) и нагрузка (наши наушники).
Мы включили усилитель и выставили громкость, повернув регулятор громкости. Взяли вольтметр и измерили напряжение на выходе. Допустим, мы получили 0.33 В.
Для того, что бы посчитать уровень звукового давления у наушника, мы должны воспользоваться формулой:
SPL(дБ/В) – чувствительность наушников, выраженных к напряжению
U – напряжение на выходе усилителя
Подставив данные для наушников A1 из первой таблицы, мы получим:
Расчет мощности считается по формуле:
U – напряжение на выходе усилителя
R - сопротивление наушников
Для наушников A1 получим:
Название |
А1 |
Б1 |
В1 |
Г1 |
Д1 |
Чувствительность к дБ/В |
130 |
125 |
120 |
120 |
135 |
Сопротивление |
16 |
60 |
70 |
15 |
12 |
SPL |
120,3 |
115,3 |
110,3 |
110,3 |
125,3 |
Мощность |
6,8 |
1,8 |
1,55 |
7,26 |
7,26 |
Обратите внимание, у всех наушников отличия от параметра чувствительности совершенно одинаковы на 9,7 дБ. И самые громкие получились Д1, а самые тихие В1 и Г1. Распределение по громкости точно такое же, как и по значению чувствительности выраженных к напряжению. При этом, сопротивление наушников в данном случае не влияет на громкость.
При этом, хоть у В1 и Г1 одинаковая чувствительность и одинаковая громкость на выходе, на Г1 с усилителя подается больше мощности, т.к. мощность зависит от сопротивления наушников, в то время как уровень напряжения от сопротивления не зависит. Это в свою очередь означает, что при прослушивании В1 и Г1 на равной громкости, батарейка плеера с Г1 сядет раньше.
Так же сразу можно отметить зависимость, где двукратное изменение напряжения будет равняться 6 дБ. Соответственно, если мы будем кратно изменять напряжение на выходе, то получим следующую зависимость (на примере А1)
Напряжение на выходе |
0,25 (1/(2*2)) |
0,5
|
1 |
2
|
4
|
8
|
|
Уровень давления на выходе |
118
|
124
|
130 |
136
|
142
|
148
|
|

Формула перевода чувствительности из мощности к напряжению:
SPL(дБ/мВт) – чувствительность наушников, выраженная к мощности,
R – сопротивление наушников
Итоговая формула звукового давления для наушников:
SPL(дБ/мВт) – чувствительность наушников, выраженная к мощности,
R – сопротивление наушников,
U- напряжение на выходе усилителя
Звуковое давление для наушников А2 это будет:
А можно вначале посчитать уровень мощности на выходе усилителя и воспользоваться другой формулой, через изменения отношения мощностей.
Формула мощности:
U – напряжение на выходе усилителя,
R – сопротивление наушников
Мощность для наушников А2 получается:
Формула расчета SPL при использовании значений мощности:
SPL(дБ/мВт)- чувствительность наушников, выраженных к мощности
W-мощность, подаваемая на наушники
Звуковое давление для наушников A2 будет:
Заполним таблицу.
Название |
А2 |
Б2 |
В2 |
Г2 |
Д2 |
Чувствительность к дБ/мВт |
114 |
114 |
116 |
118 |
111 |
Сопротивление |
16 |
24 |
32 |
300 |
5 |
SPL |
122,3 |
120,5 |
121,3 |
113,5 |
124,3 |
Мощность |
6,8 |
4,5 |
3,4 |
0,3 |
21,7 |
Часто, когда идет речь о том, что для высокоомных наушников нужен более мощный усилитель, речь не идет о том, усилитель реально должен выдавать большую мощность, речь идет о том, что усилитель сможет выдать как раз большее напряжение. Однако, когда потребитель слабо подкован в технических нюансах, то нужная мысль доносится порой максимально понятным, хоть и малограмотным способом.
Чувствительность к 1 мВт |
100 дБ/1мВт при 32 Ом = 115 дБ/В | ||||||
Сопротивление |
4
|
8
|
16
|
32 |
64
|
128
|
256
|
Чувствительность к 1 мВт |
91
|
94
|
97
|
100 |
103
|
106
|
109
|
Сопротивление наушников, Ом |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
32 |
64 |
128 |
256 |
512 |
1024 |
2048 |
4096 |
Разница в дБ между чувствительностью выраженной к мощности и напряжению |
30 |
27 |
24 |
21 |
18 |
15 |
12 |
9 |
6 |
3 |
0 |
-3 |
-6 |

Продолжение серии материалов про чувствительность наушников и другие параметры
04.05.2012
Поделитесь в социальных сетях
Еще интересное для чтения
« Предыдущий материал |
|||
![]() |
Мониторными наушниками профессиональные музыканты называют наушники для мониторинга, а обычные потребители наушники закрытого типа (FAQ). |
Комментарии и отзывы (15)
![]() |
Прочел статью, впечатления неоднозначные. Категоричеси не согласен с выводами автора.
Понимаю, что критиковать значительно проще, чем заниматься популяризацией технической терминологии. Однако, на мой взгляд, автор обращается с терминологией слишком вольно, допуская на столько оригинальные трактовки, что за ними возникает специфический смысл, отличный от того, который вкладывают в обсуждаемую терминологию инженеры. На мой взгляд, такая подача материала только еще больше запутывает читателя, уводя его от рационального объяснения чувствительности, как технической характеристики излучателя и понимания механизма взаимодействия излучателя и усилителя, как источника сигнала. |
![]() |
Спасибо за отзыв. Материал действительно сложно написан.
Основная мысль, это показ, что ориентироваться на чувствительность, выраженную к мощности в сравнениях смысла нет при выборе наушников, все надо приводить к чувствительности, выраженной к напряжению. Наиболее ярким примером являются наушники от Beyerdynamic серий 770 и 990, с единой чувствительностью в 96 дБ/мВт, но при этом 600 Ом-ные модели играют тихо, а 16-ти Омные громко. Материал ориентирован на практическое использование при выборе наушников, а не другие аспекты, где к примеру выбирается громкоговоритель с минимальным потреблением энергии и может считаться лучшим (к таким сейчас можно отнести пьезоизлучатели), но с потребительской точки зрения неудачным в использовании покупателю наушников. |
![]() | ||
За напряжение. мощность и силу тока можно говорить бесконечно, но они в контекст как-то не уложились. Набор букв "единица измерения" вместо "размерность" тоже. Но более всего меня удивила фраза: "Чувствительность к мощности дает понять, насколько высокое энергопотребление у наушников, но не дает сравнительной характеристики с другими наушниками, т.к. данная величина сильно зависит от сопротивления наушников, а сопротивления у наушников разные" Включив воображение, можно попытаться притянуть к чувствительности наушников смысл меры их энергопотребления, но мне это далось с трудом. Любые значения параметров, имеющие одинаковую размерность, сопоставимы, т.е. дают основания для сравнения. В том числе, значения чувствительности разных наушников, выраженные в дБ/мВт, дают однозначное представление о развиваемом ими звуковом давлении, при подведении к катушкам их излучателей одинаковой мощности. И позволяют сравнивать наушники по этой характеристике. Более того, чувствительность наушников, в каких бы единицах измерения она ни была выражена, от сопротивления обмотки катушек наушников не зависит. Чувствительность наушников, по определению - коэффициент преобразования подведенной электрической мощности в излученную акустическую, определяется конструктивными особенностями конкретного излучателя и его оформления, их механическими характеристиками. | ||
![]() |
Чувствительность выражается как к мощности, так и напряжению, где выбор единицы измерения (размерности) больше соответствует практической ситуации. По умолчанию это мощность.
Если мы сравниваем КПД системы, подключенной в розетку, где электричество мы оплачиваем за потребляемую мощность в ваттах, а озвучиваем в SPL (например стадион), то чувствительность нам более адекватно сравнивать по мощности, выраженной в конечном итоге в рублях. Как только мы уходим от оплаты электроэнергии от розетки, так адекватность выбора эффективности системы дает выбор из мощности, напряжения и тока, и в разных ситуация будут разные предпочтения. Пример. Beyerdynamic DT 770 версий 32 и 600 Ом с одинаковой чувствительностью в 96 дБ/мВт. С точки зрения мощности, у наушников одинаковое КПД. Рассмотрим разные бытовые ситуации. Для того, что бы обеспечить уровень 96 дБ SPL, на модель 32 Ом надо подать 1 мВт, или 0.17 В или 0.0055 А, а в случае с моделью 250 Ом так же 1 мВт, но 0.5 В или 0.002 А. Для равного значения SPL, у нас совершенно разные значения по напряжению и току, и если мы возьмем в руки mp3 плеер (с нулевым сопротивлением усилителя для наушников), то подключив наушники к нему и не подстраивая индивидуально громкость, мы ощутим разницу в 8 дБ между моделями. Модель 32 Ом будет на 8 дБ громче модели в 250 Ом. У большинства mp3 плееров основное ограничение не по току, а по напряжению, и если на выходе максимум в 0.5 В, то высокоомная модель 250 Ом по SPL гарантированно отстает. Это в целом справедливо для большинства транзисторных усилителей, в то время как большинство определений о чувствительности мы получили в век ламповых усилителей, где напряжение не имело жестких рамок, но имело ограничение в уровне тока. Посмотрим на эффективность обоих моделей наушников с точки зрения потребления энергии от батареи. Для того, что бы получить 96 дБ SPL, модель 32 Ом потребляет 55 мА, а высокоомная 20 мА – в почти в три раза меньше, и если мы будем сравнивать время работы портативного усилителя, то с моделью 250 Ом усилитель проработает в 3 раза дольше, чем с моделью 32 Ом. С точки зрения чувствительности, выраженной к току, разность в громкости наушников будет равна 9 дБ. Чувствительность модели 32 Ом будет равна 81 дБ/мА, а для модели 250 Ом – 90 дБ/мА. Это можно применить к случаю, когда наушники подключаются к усилителю с высоким выходным напряжением, где высокоомные модели играют гораздо громче, чем низкоомные модели и если бы на коробке наушников в паспортных данных приводились бы значения чувствительности к случаям, более близким к бытовому применение, было бы меньше вопросов, почему наушники с одинаковой чувствительностью играют с совершенно разной громкостью. |
![]() | ||
До горомкости мы с Вами еще не добрались, мы пока за SPL рассуждаем;)
Модели применяют для доходчивого объяснения процессов окружающей действительности путем упрощения этой действительности. Здесь важно понимать, что модель жестко увязана с заложенными в нее ограничениями (краевыми условиями) действительности. И ограничения, накладываемые выбранной моделью, должны способствовать пониманию процесса.
Практика корректного ответа на этот вопрос предлагает оперировать выходной мощностью усилителя. Среди технических характеристик источников, в том числе портативных, обычно присутствует информация о максимальной выходной мощности усилителя для наушников, которую он развивает на нагрузке с конкретным сопротивлением. При сложной, на первый взгляд, формулировке, это не мешает оценке совместимости такого усилителя с конкретными наушниками с точки зрения развиваемого при их взаимодействии звукового давления. Выходная мощность усилителя обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, а в спецификациях приводят минимально возможное значение этого сопротивления. Поэтому, моя считалочка выглядит так: Допустим, выходная мощность усилителя 64 мВт на 16 Омах. тогда на наушниках, сопротивление которых 32 Ом (в два раза больше), максимальная выходная мощность составит 32 мВт (в два же раза меньше) и так далее (можно составить таблицу и потроить график и он будет такой же прямой линией, как и в обсуждаемой статье). А каждое удвоение выходной мощности, подводимой к наушникам, увеличивает излучаемый ими SPL на 3 дБ, по сравнению с указанным в спецификации наушников числом с размерностью дБ/мВт. И эта зависимость также линейна. Изложенный мной подход разделяют и авторы небезызвестного [url=http://www.headphone-amplifier.com/calculator.htm]калькулятора[/url], оперирующие в качестве исходных данных сопротивлением и чувствительностью наушников в дБ/мВт, и использующие выходное напряжение усилителя в качестве альтернативного параметра, если с "правильными" совсем уж ни как. На мой взгляд, такая модель гораздо нагляднее отражает способность конкретной связки усилитель+наушники к созданию максимального звукового давления в суровой реальности. О том, на сколько это громко и достаточно ли. повествует отдельная олбанская сказка. ![]() | ||
![]() |
Наушники А, 100 дБ/мВт, 32 Ом
Наушники Б, 105 дБ/мВт, 600 Ом Наушники будут подключатся к телефону, с цифровым регулятором громкости, спецификации на него никакой нет, но предположительно его выходное сопротивление не более 10 Ом. Какая связка будет более громкой? Ваш ход мыслей. Калькулятор по необходимости можно использовать ![]() |
![]() |
Воспользуемся моей считалочкой. Полагаем, что 32 Ом не меньше минимально допустимого сопротивления нагрузки для усилителя мощности в телефоне. Пусть на наушниках А телефон развивает максимальную электрическую мощность сигнала 1 мВт, тогда на наушниках Б он сможет развить выходную мощность пропорциональную соотношению сопротивлений наушников А и Б. Поскольку сопротивление наушников Б в 19 раз больше, соответственно максимальная мощность, развиваемая на них усилителем, в 19 раз, а звуковое давление примерно на 13 дБ, меньше.
Вычтя из числа, обозначающего чувствительность наушников Б, эту разницу, легко увидеть, что, при работе совместно с этим телефоном, наушники А обеспечивают максимальное звуковое давление на 8дБ более высокое, чем наушники Б. Отличие максимальной выходной мощности усилителя на наушниках сопротивлением 32 Ом от 1 мВт приведет к одинаковому в дБ приращению излучаемого давления, с учетом относительной разности сопротивлений, и на результат не повлияет. С изменением выходной мощности усилителя от 1 мВт до максимальной наушники А всегда будут создавать более высокое максимальное звуковое давление. Учет внутреннего сопротивления усилителя внесет поправку в результат на уровне 1 дБ, что на расстановку сил не повлияет. Условие о цифровом регуляторе избыточно, если регулятор вносит в уровень сигнала только линейные преобразования. |
![]() |
Условие о цифровом регуляторе поставлено намерено, что бы перевести обсуждение из теоретического русла в практическое.
Что у нас есть в исходных данных? Есть сотовый телефон или обычный mp3 плеер. Это ЦАП + регулятор уровня + усилитель в одном флаконе. Допустим, ЦАП выдает 1 В при 0 dBFS. Коэффициент усиления для усилителя при максимальной громкости регулятора равен 1 (для более простых расчетов). Если у усилителя нет ограничения по уровню выходного тока и внутреннее сопротивление колеблется от 0 до 10 Ом, то мы получаем следующую вилку ![]() По напряжению, если сопротивление усилителя равно 0 Ом, то максимум он выдаст 1 В как для 32 Ом, так и для 250 Ом. Максимальный SPL для наушников А составит 114 дБ (т.к. 100 дБ/мВт при 32 Ом равно 115дБ/В), а для наушников Б составит 111 дБ (т.к. 105 дБ/мВт при 250 Ом равно 111 дБ/В). Разница в громкости составит 4 дБ в пользу наушников А. Если максимальный коэффициент усиления окажется другим, то при любом его значении мы получим разницу в4 дБ, в любом случае наушники А обеспечат более громкое звучание. Если внутреннее сопротивление будет равно 10 Ом, то при максимальном выходном уровне сигнала без нагрузки на выходе будет 1 В, при этом, под нагрузкой 32 Ом будет 0,8 В, а под 250 Ом – 1 В. Максимальный уровень SPL для наушников А будет 112 дБ, а для наушников Б - 111 дБ. Разница составит 1 дБ. С наушниками А в данной связке мы получим более громкий звук, независимо от коэф. усиления усилителя. По вашим расчетам, разница в развиваемом давлении между наушниками А и Б составит 8 с изменением на 1 дБ, по моим – от 4 дБ с изменение на 3 дБ. У нас разные результаты и остается определить, в какой вариант решения ошибочный? В вашем варианте условие с цифровым регулятором принято избыточным, и мне показалось, что вы пошли в решении следующим путем (но как потом выяснилось, это не так, тем не менее я оставляю пример логики такого решения, т.к. это хороший пример) Исключив регулятор громкости, мы оперируем только мощностью, где коэффициент усиления можно задать любой, и соответственно ограничение по мощности дает только уровень тока. Максимальный уровень мощности тогда равен 1 мВт на 32 Ом при уровне тока 55 мА и 0,17 В. Максимальный SPL в данном случае равен 100 дБ. В случае с наушниками Б при максимальном уровне тока в 55 мА, напряжение на 250 Ом составит 1,3 В, что будет равно 114 дБ, или разнице в громкости в 14 в пользу наушников Б. Такая разница будет действительна, если у усилителя нет ограничения по напряжению и есть возможность разобрать телефон или mp3 плеер и в разрыв между ЦАП и усилителем поставить предусилитель с возможностью задать любой коэф. усиления. В противном это случае решение задачи неверно из-за неверных допущений. И это снова не согласуется в Вашим результатом в 8 дБ в пользу наушников А, что показывает, ход логики был другим. Проверим пошагово Ваш путь решения. По Вашей логике вы сперва находите разницу по отношению сопротивлений наушников как 250 Ом/32 Ом = 7,8 раз, равной в 17,8 дБ. Проверим верность такого вычисления. У нас двое наушников с равной чувствительность в 100 дБ/мВт при сопротивлениях 32 и 250 Ом. Если сопротивление нулевое, и на 32 Ом усилитель выдает 1 мВт, что является максимумом, то максимальное выходное напряжение у него 0,17 В. На 250 Ом у него так же напряжение ограничено 0.17 В, ток при нагрузке в 250 Ом составит 0,68 мА при мощности в 0.11 мВт. Считаем по калькулятору и получаем, что первые наушники развивают 99,5 дБ, вторые 90,7 при 170 мВ. Разница в 9 дБ. Далее Вы добавляете разницу в чувствительности, но вторые наушники при чувствительности в 105 дБ при 170 мВ разовьют 95,7 дБ (по калькулятору, проверьте!) и разница между наушниками А и Б (99,5 и 95,7) составит 4 дБ! Ровно столько же что и в моем решении. Это хорошо показывает, как сложно оперировать чувствительностью, выраженной к мощности, логически можно легко придти к неверным вычислениям. |
![]() | ||
Вы все же определитесь, пожалуйста. 600 Ом или 250 Ом:D | ||
![]() |
Прошу прощения, ошибся в вводных данных
![]() Итак, есть два варианта решения - первое, это определение чувствительности к напряжению и сравнению полученных цифр, и ваш вариант - это расчет звукового давления одной из моделей наушников и дальнейший расчет давлений у других наушников по сравнению с отдельно выбранной моделью. В первом случае мы сравниваем чувствительность в чистом виде, а во втором звуковые давления в условиях для одной из выбранных моделей. Обоими решениями можно воспользоваться, вопрос в другом, для быстрого и легкого сравнения, в каких единицах чувствительность наиболее предпочтительна для отображения на коробке? Сразу в дБ/В, где не требуется делать каких-либо вычислений или в дБ/мВт с последующими обязательными вычислениями? |