Сопротивление. Мы подошли к самой интересной части нашего обсуждения: три разные модели наушников значительно отличаются друг от друга. Давайте детально разберёмся, какое влияние оказывает показатель импеданса и какое оптимальное значение сопротивления следует выбирать для работы в паре со смартфоном?
Наушники: о чем говорят параметры
В характеристиках любых наушников, которые мы можем встретить на рынке, обязательно указаны такие параметры, как импеданс (сопротивление), чувствительность, а иногда и обеспечиваемое звуковое давление. Каждый из этих параметров играет важную роль в выборе подходящего усилителя для наушников.
При выборе наушников и подходящего к ним усилителя важно учитывать, как соотносятся три ключевых параметра: чувствительность, сопротивление и выходная мощность усилителя. Это сложное уравнение с тремя переменными, и неверное понимание его может привести к потере качества звучания, даже при использовании самых высококлассных наушников. Однако, как ни странно, ключевую роль здесь играют не только сухие цифры характеристик, но и восприятие звучания нашими ушами и мозгом. Немного терпения – скоро объясним все более подробно.
Чувствительность и громкость
Чувствительность наушников определяется следующим образом: на них подается синусоидальный сигнал фиксированной частоты или спектра частот мощностью 1 мВт, после чего измеряется создаваемое звуковое давление. Получившееся значение и представляет собой чувствительность наушников. Например, если чувствительность наушников равна 101 дБ, это значит, что для достижения звукового давления в 101 дБ им нужно всего 1 мВт подводимой мощности. Показатели звука в 101 дБ можно сравнить с уровнем шума в фан-зоне на рок-концерте. Хотя с технической точки зрения это совершенно корректно, на практике реальная ситуация значительно отличается от теории.
В реальных условиях звуковой сигнал далеко не всегда схож с идеальной синусоидой. Именно поэтому точная запись звука становится настоящим искусством. График качественно записанной музыкальной композиции полон различных пиков и впадин, что может показаться настоящим хаосом. Важным аспектом является то, что в записанной музыке присутствуют переходные сигналы, которые определяют её суть.
Переходный сигнал – это всплеск громкости, который выступает на фоне общей мелодии. Примеры таких звуковых акцентов можно легко заметить в партии ударных инструментов. Обычно переходные сигналы имеют очень короткую длительность, но их громкость обычно значительно превышает средний уровень записи. К примеру, в джазовой композиции «Black Arthur’s Bounce» группы Mark Dresser Seven мы можем видеть, что в начале уровень сигнала невысокий и переходные сигналы не столь заметны, однако под конец трека громкость нарастает, и даже непрофессионал легко сможет их рассмотреть.
Рисунок 1
Громкость звука и его мощность соотносятся по логарифмической шкале. Это означает, что для увеличения пикового уровня громкости на 10 дБ необходимо увеличить мощность в 10 раз. Если в модели указывается, что чувствительность составляет 101 дБ при 1 мВт мощности, для достижения пикового уровня в 111 дБ потребуется уже 10 мВт. Если же мы захотим увеличить громкость еще на 10 дБ, что даст нам 121 дБ, потребляемая мощность увеличится до 100 мВт. Далее, для достижения 131 дБ потребуется уже 1000 мВт. Если усилитель не способен обеспечить достаточно мощности для воспроизведения этих пиков, он отрежет верхушки переходных сигналов, что в Hi-Fi считается ограничением сигнала, что приводит к неприятным искажениям на слух.
Поэтому качественные усилители для наушников часто обладают мощностями, которые можно было бы ожидать только от небольших колонок. Основная задача не в том, чтобы звук был как можно громче, а в том, чтобы передать все переходные сигналы с полной точностью. В результате звук будет чистым и четким даже на низкой громкости, так как все нюансы мелодии можно будет воспроизвести без искажений.
Рисунок 2
На предыдущем изображении демонстрируются ограничения сигнала на примере композиции «Black Arthur’s Bounce» из-за недостатка запаса по мощности. Участки, обозначенные красным, будут звучать с искажениями, так как здесь зафиксированы ограничения сигнала.
Чувствительность
Каждый из нас хотя бы раз сталкивался с ситуацией, когда одни наушники звучат громче других, даже если уровень громкости на плеере или смартфоне выставлен одинаково. Многие связывают такую разницу с различиями в мощности наушников. Но такая догадка совершенно неверна, ведь наушники по своей сути не являются усилителем.
На самом деле уровень громкости, с которым звучат наушники, зависит от их чувствительности. Обычно этот параметр укладывается в диапазон 90–120 дБ, и для большинства доступных на рынке моделей средние значения колеблются между 95 и 105 дБ. Чувствительность показывает, как громко будут звучать наушники при прочих равных условиях. Чем выше этот показатель, тем выше максимальная громкость и тем меньше нагрузки на встроенный усилитель смартфона или плеера. Кроме того, я заметил также прямую зависимость: чем дешевле наушники, тем меньше шансов, что их реальная (а не та, что указана в техническом паспорте) чувствительность окажется высокой.
Мощность
Когда речь заходит о мощности, не стоит слишком увлекаться ваттами, особенно если основным источником музыки для вас служит смартфон или портативный плеер. При высокой чувствительности наушников может быть достаточно нескольких милливатт для достижения громкого звучания, а сами усилители гаджетов будут экономичнее расходовать заряд аккумулятора. Конечно, если выбирать наушники с высокой мощностью, то звук может показаться более мощным и напористым. Однако, это не может длиться долго, ведь при такой нагрузке батарея устройства начнет быстро разряжаться. Более того, существуют случаи, когда встроенный усилитель просто не справляется с наушниками высокой мощности. В результате вы не только не услышите качественного звука (например, бас будет рыхлым и неглубоким), но также получите искажения на громкости, превышающей среднюю.
Для наушников, которые предполагается использовать в домашних условиях, высокая мощность не является проблемой, так как они будут подключаться к стационарному усилителю. В этом случае высокая мощность может реально способствовать высокому качеству звука.
Наушники и iPhone
Рассмотрим три модели: Модель А с сопротивлением 22 Ом действительно будет звучать громче, но при этом потребляет больше тока. В то время как модель B с сопротивлением 32 Ом позволит использовать аккумулятор смартфона для воспроизведения музыки дольше, как минимум на 25%. Важно понимать, что современные смартфоны имеют максимальное выходное напряжение, которое не превышает 150 – 200 мВ. Этого недостаточно для полноценной работы наушников с сопротивлением более 100 Ом. Если громкость на высокоомных наушниках вас удовлетворяет, такой выбор подарит вам приятный бонус – значительное снижение энергопотребления аккумулятора.
Теперь представим себе названные модели наушников: 
Среди всех рассмотренных моделей наиболее подходящими для соединения с iPhone считаются низкоомные наушники Bowers&Wilkins P7, обладающие высокой громкостью и стандартным диапазоном звуковых частот. Следующими на очереди идут наушники Audio-Technica ATH-CKR10, которые имеют неплохой диапазон воспроизведения, но при этом их сопротивление достигает 32 Ом. Эти наушники, являющиеся вкладышами, обеспечивают достойный уровень звукоизоляции, и для достижения оптимальной громкости выходного напряжения смартфона будет более чем достаточно. Наконец, модель наушников-мониторов Beyerdynamic DR 990 Pro – это немецкий эталон в области профессионального мастеринга. Их качество звучания может вызвать зависть у любого дорогого конкурента, однако высокий уровень сопротивления в 250 Ом делает их использование с iPhone нецелесообразным. Для работы с DR 990 Pro и аналогичными моделями необходим отдельный усилитель или аудио-плеер с мощной звуковой картой. Наушники EarPods, которые идут в комплекте с iPhone, обладают следующими характеристиками:
-
Сопротивление: 23 Ом
Чувствительность: 109 дБ
Частотный диапазон: от 5 Гц до 21 кГц.
Производитель чётко заявляет, что использование высокоомных наушников с iPhone без дополнительных аксессуаров нецелесообразно и может не дать удовлетворительного результата.
Если вы все ещё стремитесь к получению качественного звука со смартфона, будьте готовы потратиться на приобретение внешнего портативного усилителя. 
Высокоомные наушники действительно могут давать «звучание» выше по качеству по сравнению с низкоомными собратьями, и вот почему. Высокий уровень сопротивления наушников позволяет усилителю передавать меньший ток (при повышенном напряжении), что предотвращает возникновения волновых искажений. Более того, наушники с высоким сопротивлением часто обладают более равномерными амплитудно-частотными характеристиками, что происходит благодаря большему количеству витков на магнитной подушке динамика. С другой стороны, при низком сопротивлении у устройств также может быть нечёткая АЧХ. Альтернатива для получения качественного звука включает использование так называемых однодрайверных арматурных наушников. 
Внешне они схожи с традиционными вкладышами, но обеспечивают улучшенный диапазон средних и высоких частот, что в свою очередь приводит к чистому и прозрачному звучанию. Кроме того, окончательно решить вопрос качества звука поможет приобретение плеера с высоким уровнем выходного напряжения. 
Например, в Hidisz установлен мощный предусилитель. В сравнении с обычными гаджетами его выходное напряжение составляет 2,2 В против 100-150 мВ у смартфонов, что открывает возможность использовать более широкий спектр высокоомных наушников, обеспечивая при этом настоящее качество звучания.
Перед покупкой любых наушников, особенно высокоомных, следует проверить максимально возможный уровень громкости, проигрывая музыку на том устройстве, с которым планируется их использование. Помните, несмотря на обширные числовые значения характеристик наушников, слуховое восприятие и функционирование любой аудиоаппаратуры – это строго индивидуальная вещь. Наушники с, казалось бы, средними значениями сопротивления и частотного диапазона, могут соперничать по качеству звучания с самыми современными моделями.
P.S. Выражаем благодарность компании Bowers & Wilkins за помощь и профессиональную консультацию в подготовке данного материала.
Показатели разных видов наушников
Импеданс наушников может варьироваться в пределах от 8 до 600 Ом. Наиболее распространенные модели имеют сопротивление в диапазоне от 16 до 32 Ом, также существуют устройства с показателем 64 Ом. Наушники можно разделить на следующие категории:
Показатель импеданса наушников зависит от их конструкции и принципа работы. Например, устройства с маленьким динамиком, такие как вкладыши, обычно имеют значение импеданса ниже 32 Ом и считаются низкоомными. Сопротивление наушников выше 32 Ом позволяет отнести их к разряду высокоомных. Полноразмерные и накладные модели могут иметь сопротивление до 100 Ом. Наушники с высоким импедансом, как правило, имеют значения больше 100 Ом. Визуально отобразить, как частота сигнала соотносится со значением сопротивления в различных устройствах, позволяет кривая импеданса – это график изменения импеданса, который зависит от режима работы наушников.
Задача этой кривой – выявить влияние сопротивления на амплитудные и нелинейные искажения при воспроизведении звука.
Внутриканальных наушников
Проводные и беспроводные аудиоаксессуары, такие как традиционные вкладыши или затычки, демонстрируют кривую импеданса, представляющую собой ровную горизонтальную линию. Такой график показывает отсутствие значительных отклонений в диапазоне от 16 до 32 Ом на частотах звуковых колебаний, которые воспринимает человеческое ухо – от 20 Гц до 20 кГц.
Полноразмерных и накладных наушников
Большинство гарнитур этого типа проявляют неравномерное изменение кривой, с резким подъемом на низких частотах и незначительным подъемом на высоких частотах. Это указывает на то, что стандартный импеданс в 32 Ом в реальности может отличаться от заявленного на спецификациях.
Арматурных наушников
Аудиоаксессуары с уравновешенным якорем (арматурные) – это компактные устройства. Для достижения качественного звука, отсутствующего объема компенсируют установкой дополнительных драйверов-излучателей. Таким образом, они могут быть одно-, двух- или многодрайверными.
Эти аккстические устройства, как правило, демонстрируют равномерную амплитудно-частотную характеристику.
Планарных наушников
В изодинамических аудиоаксессуарах с планарным излучателем кривая импеданса отображается в виде горизонтальной линии. При выборе таких наушников следует учитывать их низкую чувствительность, хотя на высоких частотах могут наблюдаться отклонения.
Какое лучше выбрать?
Показатель импеданса наушников должен зависеть от оборудования, с которым они будут использоваться. Например, для стационарных устройств подходят аудиоаксессуары с рекомендуемым сопротивлением в диапазоне 120-150 Ом. Для использования со смартфоном, планшетом или плеером лучше подбирать наушники с сопротивлением 16-40 Ом.
Для компьютерных систем и музыкальных устройств требуются полноразмерные высокоомные наушники с сопротивлением не более 120 Ом. Это связано с тем, что такие устройства имеют выходное напряжение более 4 В. Высокое значение выходного напряжения может создать только стационарное оборудование, подключенное к электросети. Следовательно, для соединения с такими устройствами необходимо подбирать аксессуары с соответствующим импедансом.
При высоком выходном напряжении (более 200 мВ) желательно использовать наушники с низкой чувствительностью, с сопротивлением от 32 Ом. Такой выбор позволит экономить электроэнергию. Для нормальной работы высокоомных наушников потребуется специальный усилитель, который обеспечит достойное качество звука.
Его задача состоит в том, чтобы выровнять амплитудные и частотные характеристики. Однако, речь идет о малопортативных устройствах.
В малогабаритных устройствах выходное напряжение, как правило, не превышает 1 В, поэтому импеданс наушников не должен быть слишком высоким. Иначе звук будет слишком тихим. Так же подходит правило для определения необходимого импеданса для смартфонов. Поможет правило 1/8, согласно которому импеданс подключаемых наушников должен быть в 8 раз больше импеданса выхода устройства. Например, 2 Ом у источника к 16 Ом у наушников.
Если вы не можете провести такие расчёты, запомните следующие моменты:
- Низкоомные наушники обеспечивают большую громкость, но со временем снижают время автономной работы устройства. Они идеальны для портативных гаджетов.
- Высокоомные наушники будут звучать тише, но позволят более экономно расходовать заряд батареи. Рекомендуется использовать их в связке со стационарным оборудованием.
Определитесь для себя, что для вас важнее – наслаждаться звуком на высокой громкости или рационально расходовать заряд батареи. При выборе наушников стоит обращать внимание на максимальное выходное напряжение, так как оно определяет выходную мощность устройства (согласно закону Ома). Это означает, что при увеличении громкости напряжение на выходе также будет расти, что будет влиять на объем потребляемого тока в зависимости от сопротивления нагрузки. По этой формуле возможно получение расчетов. Чтобы понять, какой импеданс будет требоваться для устройства, можно просто прослушать музыку на среднем уровне и экспериментально подвинуть значения сопротивления в нужную сторону.
Частотный диапазон
Идеально, характеристика должна показывать, какие именно частоты наушники могут воспроизводить без особых трудностей. На практике большинство недорогих моделей демонстрируют диапазон 20 – 20 000 Гц, который считается стандартом, слышимым обычным человеком. У более дорогих Hi-Fi моделей может встречаться и диапазон в 8 — 50 000 Гц. Однако реальный смысл в таком широком диапазоне часто отсутствует, так как большинство людей не слышит звуки выше 16 кГц, а ниже 20 Гц ощущает как вибрации.
Проблема в том, что на краях этого диапазона уже могут быть спады, то есть частоты в этих пределах воспроизводятся заметно тише, чем средние. Для того, чтобы не терять что-либо в звучании, производители делают более широкий диапазон. Но в действительности, разница между 32 кГц и 50 кГц скорее всего не будет заметна для потребителя, так как такая цифра в основном используется лишь для маркетинга.
Частотный диапазон также могут измерять по-разному, так как нет единого мнения по поводу того, какое падение уровня считается достаточным. Одни специалисты выбирают -6 дБ, другие -12 дБ, а кто-то вообще ищет, где у них уровни в -20 дБ. Некоторые производители перечисляют частоты, в которых, по их мнению, наушники показывают оптимальные результаты, однако это также лишь маркетинг.
На мой взгляд, стоит обращать внимание на наличие диапазона 20-20 кГц, поскольку отсутствие более глубокого анализа часто вызывает подозрения. Равным образом, не вижу смысла гнаться за моделями с диапазоном до 50-60 кГц, так как часто более узкие диапазоны могут предоставлять отличное качество звучания при прослушивании.
АЧХ
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) отображает, как определенные частоты соотносятся друг с другом: какие из них будут акцентсированы, какие воспроизводятся без дополнительного усиления, а каких может не хватать при подаче ровного сигнала (например, белого шума, где все частоты представлены на одном уровне). АЧХ на графике принимает вид кривой, где вертикальная ось представляет уровень в децибелах, а горизонтальная ось – частоту в герцах. Этот параметр часто используется как объект сравнения между наушниками в надежде понять, какие из них лучше звучат (как правило, это не поможет).
Мы можем разделить все частоты на три основные группы: низкие (20 – 160 Гц), средние (160 – 1300 Гц) и высокие частоты (1300 – 20 000 Гц), которые также могут быть разделены на более крупные подгруппы. В зависимости от того, какие частоты преобладают, выделяют различные формы АЧХ и соответствующие им названия.
Ровная АЧХ, или «палка» – это ситуация, когда все частоты передаются примерно одинаково, обеспечивая тем самым самый «чистый» и «правильный» звук. Но далеко не всем такой подход может понравиться; поэтому важно заранее прослушать такие наушники перед покупкой, чтобы убедиться, что они подходят вашему вкусу.
