Empfohlene Kopfhörerimpedanz für Verstärker

Bei Verstärkern kann man häufig eine Eigenschaft wie die „empfohlene Kopfhörerimpedanz“ als einen Impedanzbereich sehen.



Hersteller bestimmen diese Eigenschaft normalerweise subjektiv, nachdem sie ihren Verstärker mit verschiedenen Kopfhörermodellen ausprobiert haben. Andere konzentrieren sich auf die Merkmale der Wettbewerber und passen sich diesen an, wenn die anderen Merkmale ähnlich sind. Bei diesem Ansatz treten unweigerlich Produkte auf, bei denen diese Eigenschaft teilweise überbewertet und bei anderen unterschätzt wird. Für dieses Merkmal gibt es keine einzige Formel.

Aber wie es oft vorkommt, wenn viele Hersteller eine ähnliche Eigenschaft angeben (ähnlich dem „Frequenzbereich“ für Kopfhörer), besteht der falsche Eindruck, dass es dafür einen Standard gibt.

Dieses Merkmal kann abgeleitet und berechnet werden, wenn wir uns diesem Problem aus der ursprünglichen Bedeutung des Merkmals nähern und Daten von Herstellern verallgemeinern. Wenn Hersteller diese Daten subjektiv nehmen, können sie als empirisch betrachtet und als Bezugspunkt herangezogen werden. Wenn Sie den Berechnungsalgorithmus verstehen, können Sie jederzeit die erforderlichen Korrekturen vornehmen.

Charakterisierung

Das Hauptmerkmal der Eigenschaft besteht darin, zu bestimmen, mit welchen Kopfhörern der Verstärker einen akzeptablen Lautstärkepegel liefern kann und gleichzeitig qualitativ funktioniert (guten Klang hat).

Wir wissen, dass bei Kopfhörern mit hoher Impedanz die Spannung und bei Strom mit niedriger Impedanz die Hauptbeschränkung liegt. Da der Hauptunterschied hauptsächlich für den Rand von hochohmigen Kopfhörern angegeben ist, müssen wir bestimmen, welcher Schalldruckpegel aus Sicht der meisten Hersteller speziell für hochohmige Modelle akzeptabel ist.

Das RAA-Beispiel umfasste Produkte, deren Hersteller Kopfhörer mit einer Impedanz von bis zu 600 Ohm empfehlen.

Modell / maximaler Spannungspegel:

ASUS Essence One MK2 16,2 dBV
ASUS Essence 3 Balanced 16,5 dBV
ASUS Essence 3 Unwucht 15,7 dBV
ASUS Xonar Essence STX Hi 16,3 dBV
ASUS STRIX RAID DLX Hi 15,4 dBV
ASUS STRIX RAID PRO Hi 15,4 dBV
ASUS ROG Xonar Phoebus 15,4 dBV
Cary Audio HH-1 18,9 dBV
Creative Sound Blaster X7 LE 15,7 dBV
Creative Sound BlasterX AE-5 14,5 dBV
Creative Sound Blaster E5 14,8 dBV
Erzetich Perfidus 17,0 dBV
Erzetich Bacillus Tilia 18,1 dBV
Musatoff HA-4 14,8 dBV
MyST DAC 1866OCU V.2 17,6 dBV
OPPO HA-1 16,7 dBV
OPPO HA-1 Balance 24,5 dBV

Als Referenz kann dieselbe Liste in der RAA-Messdatenbank ausgewählt werden, jedoch mit zusätzlichen Modellen wie Die Filterung erfolgt nach Marke.

Die Liste zeigt, dass der minimale Spannungswert für 600 Ohm 14,5 dBV beträgt (die Spannung wird bereits in Dezibel ausgedrückt).

Bei Kopfhörern wird der Empfindlichkeitsparameter sowohl für die Spannung als auch für die Leistung ausgedrückt. Die erste Option lässt den Schluss zu, dass die „Lautstärke“ der Kopfhörer ohne Berücksichtigung ihres Widerstands ist, was sehr praktisch ist, wenn wir Kopfhörer mit unterschiedlichen Impedanzen vergleichen. Die zweite Option zeigt ihre Effizienz. Wenn Sie dieselben Kopfhörer mit unterschiedlichem Widerstand des Induktors herstellen, ist deren Wirkungsgrad gleich (gleiche Empfindlichkeit gegenüber Leistung), aber die Empfindlichkeit gegenüber Spannung unterscheidet sich in Abhängigkeit von ihrem Widerstandsverhältnis von 10 * Log10 (R1 / R2).

Bei der Berechnung der Spannungsverhältnisse in Dezibel wird die Formel 20 * Log10 (V1 / V2) verwendet, mit einem Unterschied in der Empfindlichkeit gegenüber der Leistung 10 * Log10 (R1 / R2).

Das Impedanzverhältnis von 16 Ohm / 600 Ohm beträgt -15,7 dB, und Kopfhörer mit einem Widerstand von 600 Ohm sind 15,7 dB leiser als Kopfhörer mit einem Widerstand von 16 Ohm bei anderen gleichen Designs.

Daher müssen wir die durchschnittliche Empfindlichkeit gegenüber Strom bei hochohmigen Kopfhörern bestimmen, um Kopfhörer mit einem nicht standardmäßigen Design zu eliminieren.

Weil Da das Sample hauptsächlich für das Design der Kopfhörer für hochohmige Modelle und nicht ausschließlich für hochohmige Modelle benötigt wird, können Sie ein Sample aus einer Vielzahl von Modellen in einem größeren Widerstandsbereich erstellen und einen angemesseneren durchschnittlichen Empfindlichkeitswert erhalten.

Als Referenz die gleiche Liste, jedoch mit zusätzlichen Modellen von nicht standardisiertem Design oder mit aktiver Verstärkung. Nachfolgend finden Sie Daten zu Kopfhörern mit einem Widerstand von 150 Ohm.

AKG K 340 ED 91,7 dB / mW Schalldruck 398,6 Ohm
Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm 94,5 dB / mW Schalldruck 254,4 Ohm
Beyerdynamic DT 880 Pro 95,6 dB / mW Schalldruck 252,9 Ohm
Beyerdynamic DT 990 Pro 250 Ohm 93,4 dB / mW Schalldruck 267,4 Ohm
Beyerdynamic DT 150 250 Ohm 99,3 dB / mW Schalldruck 280,1 Ohm
Beyerdynamic DT 250 250 Ohm 101 dB / mW Schalldruck 268,7 Ohm
Beyerdynamic DT 48 E 200 Ohm 99,2 dB / mW Schalldruck 200,1 Ohm
Beyerdynamic DT 660 mk 2 85,6 dB / mW Schalldruck 568,6 Ohm
Beyerdynamic DT 770 600 Ohm 96,6 dB / mW Schalldruck 570,8 Ohm
Beyerdynamic DT 797 99,5 dB / mW Schalldruck 259,4 Ohm
Beyerdynamic DT 831 106,2 dB / mW Schalldruck 348,2 Ohm
Beyerdynamic DT 911 106,5 dB / mW Schalldruck 298,6 Ohm
Beyerdynamic DT 931 107,3 ​​dB / mW Schalldruck 328,2 Ohm
Beyerdynamic DT 990 600 Ohm 95,4 dB / mW Schalldruck 612 Ohm
Beyerdynamic T1 99,3 dB / mW Schalldruck 819,3 Ohm
Beyerdynamic T70 99,6 dB / mW Schalldruck 394,2 Ohm
Beyerdynamic T90 97,6 dB / mW Schalldruck 406,2 Ohm
Beyerdynamic DT 250 250 Ohm Mod 103,1 dB / mW Schalldruck 238,9 Ohm
Deutscher Maestro GMP 400 98,2 dB / mW Schalldruck 292,8 Ohm
Deutscher Maestro GMP 435 S 111,9 dB / mW Schalldruck 347,4 Ohm
Deutscher Maestro GMP 450 PRO 105,8 dB / mW Schalldruck 301 Ohm
Deutscher Maestro GMP 8.300 D 99,9 dB / mW Schalldruck 303,2 Ohm
MB Quart QP 400 98,8 dB / mW Schalldruck 292,5 Ohm
Sennheiser HD 280-13 103,9 dB / mW Schalldruck 405,9 Ohm
Sennheiser HD 700 94,4 dB / mW Schalldruck 235,1 Ohm
Sennheiser PC 350 Xense 101 dB / mW Schalldruck 253,9 Ohm
Sennheiser HD 600 100,6 dB / mW Schalldruck 352,2 Ohm
Sennheiser HD 650 100,5 dB / mW Schalldruck 344,9 Ohm
Sennheiser HD 800 100,1 dB / mW Schalldruck 429,4 Ohm
Sennheiser HD 800s 101,6 dB / mW Schalldruck 442,8 Ohm

Der Durchschnittswert beträgt 99,6 dB / mW. Für 600 Ohm sind dies 101,82 dB / V (die Umrechnung kann über einen Online-Rechner erfolgen )

Runden Sie alle Werte auf Ganzzahlen für die Obergrenze von 600 Ohm ab:

• Mindestspannungspegel: 14 dBV
• Kopfhörerempfindlichkeit bis 600 Ohm: 102 dB / V.

Der empfohlene Schalldruckpegel beträgt: 14 dBV +102 dB / V SPL = 116 dB SPL

Um die Obergrenze zu bestimmen, müssen wir nur bestimmen, bei welcher Last der Verstärker bei einer Kopfhörerempfindlichkeit von 100 dB / mW SPL keinen Schalldruck von 116 dB liefern kann.

Auf den ersten Blick scheint die Aussage auch wahr zu sein - in welchem ​​Bereich der angeschlossenen Widerstände liefert der Verstärker eine Leistung von 16 dBm für Kopfhörer mit einer Empfindlichkeit von 100 dB / mW. (16 dBm ist ein 40-mW -Online-Rechner ).

Die zweite Option ist jedoch für die Berechnung der unteren Grenze falsch, weil Die Standardleistung wird für den Sinus und nicht für das Musiksignal berechnet. Um die Spannung zu begrenzen, ist dies unbedeutend, und für den Strom ist es erforderlich, eine zusätzliche Korrektur von +12 dB einzuführen und mit „musikalischer“ Leistung zu arbeiten. Diese Feinheiten werden in einem separaten Material behandelt.

116 dB SPL - ist es viel oder wenig? Wenn Sie die Musik einschalten und Messungen mit einem Schallpegelmesser durchführen, liegt der Durchschnittswert in Wirklichkeit anstelle des berechneten Schalldruckpegels von 116 dB um etwa 20 dB niedriger. Dies liegt daran, dass der Musiktitel bei maximaler Lautstärke kein kontinuierliches Rauschen ist, sondern aus leisen und lauten Abschnitten mit unterschiedlicher Energiedichte besteht. Somit sind diese 20 dB eine Art "Spitzenfaktor" und werden bei der Berechnung des Klangs aus Musik als zusätzliche Korrektur eingeführt. Wenn umfangreichere Studien durchgeführt werden als im RAA-Labor, wird dieser Wert nach oben oder unten angepasst, jedoch in geringem Umfang.

Das heißt, Der berechnete Wert beträgt 116 dB SPL, in Wirklichkeit handelt es sich jedoch um Musik mit einem durchschnittlichen Schalldruckpegel von 96 dB SPL.

Beispiele für den Impedanzbereich des Kopfhörers

In der Grafik der maximalen Spannung am Beispiel der neuen Sound Sound BlasterX AE-5-Soundkarte sieht es folgendermaßen aus:



Link zu einem interaktiven Diagramm für Creative Sound BlasterX AE-5

Die gestrichelte Linie zeigt den erforderlichen Spannungspegel für Kopfhörer mit einer Empfindlichkeit von 100 dB / mW, um einen Schalldruck von 116 dB SPL zu erhalten.

Die X-Achse zeigt den Lastbereich, hier zur Verdeutlichung des Beispiels reicht die Skala von 0,001 Ohm bis 2000 Ohm. In allgemeinen Berichten wird die Skala in einem engeren Bereich von 10 bis 1000 Ohm angezeigt.
Auf der Y-Achse die Spannung am Ausgang des Verstärkers in dBV.

Weil Der Verstärker hat einen Innenwiderstand von 1,1 Ohm, dann geht im niedrigohmigen Lastbereich der Graph des Hohlraums nach unten.

Der blaue Bereich zeigt den Betrieb des Verstärkers in der entsprechenden Klasse A an (der beste Modus, in dem der Verstärker einer AE-5-Soundkarte arbeiten kann). Der grüne Modus zeigt den Betriebsbereich im entsprechenden AB-Klassenmodus an. Der Rand des Übergangs zu Modus B und das Maximum vor dem Abschneiden beträgt weniger als 1 dB und ist nicht sichtbar. Der obere Teil der Grauzone zeigt den möglichen Spannungspegel ohne Strombegrenzung. Informationen zu äquivalenten Klassen in der Grafik .

Untergrenze

Auf der linken Seite von niederohmigen Lasten beobachten wir drei Schnittpunkte.

Grauzone

Schnittpunkt bei 0,0007 Ohm / -63 dB (Ohm). Unabhängig davon, welches Signal wiedergegeben wird, wenn ein niedrigerer Widerstand angeschlossen ist, ist es physikalisch unmöglich, eine höhere Spannung als die zu liefern, die erforderlich ist, um 116 dB mit einer Kopfhörerempfindlichkeit von 100 dB / mW Schalldruck zu erhalten. Die Grauzone wird ohne Strombegrenzung aufgebaut und in den meisten Fällen bedeutet dies, dass in diesem Bereich das Musiksignal von einer starken Verzerrung durch Übersteuerung begleitet wird. Das heißt, Dies ist der Pegel, auf dem es theoretisch möglich ist, gepulste Signale zu reproduzieren oder hohe Zahlen für die Leistung in PMPO herzustellen.

Man kann also nicht durch die Grauzone navigieren.

Rot / Gelb / Grün

In AE-5 fallen diese Zonen zusammen.

Frequenzweiche: 0,17 Ohm / -15 dB (Ohm). Dieser Lastwert, unterhalb dessen das Keuchen aufgrund von Strommangel deutlich hörbar ist. Tatsächlich sollte dieser Rand das Minimum angeben, das beim Anschließen von Kopfhörern zulässig ist.

Aber es gibt eine Einschränkung. Da der Schnittpunkt in der Strombegrenzungszone (schräge Abschrägung des Diagramms) auftritt, bedeutet dies bereits, dass der Lautstärkeregler nicht auf Maximum eingestellt werden sollte, sondern in diesem Fall auf -19 dB (die Differenz zwischen den Maxima der grauen und grünen Zone).

Das heißt, Damit wir ein Musiksignal ohne Keuchen und offensichtliche Verzerrung hören, muss der Ausgang des Verstärkers ohne Last auf eine Spannung von 14,5 dBV -19 dB = -4,5 dBV eingestellt werden.

Wenn der Lautstärkeregler auf max eingestellt ist, haben wir bei einer Last von 0,17 Ohm eine Spannung von -3 dBV und eine Leistung von bis zu 0,7 W, und am Innenwiderstand des Verstärkers wird eine Spannung von 13,25 dBV aufgebaut, die bis zu 4,8 W abführt (Bei der Berechnung der Leistung wird der Strom aufgrund der Dichte des Musiksignals als um -12 dB korrigiert betrachtet.) Ja, es ist möglich, dass die reellen Zahlen aufgrund der Strombegrenzung des Netzteils niedriger sind, aber es ist nur möglich, dass der Netzteilabschnitt bereits ausfällt.

Die Frage ist, ob ein starker Widerstand am Verstärkerausgang ausreicht und ob es ein schwerwiegendes Problem ist, versehentlich den maximalen Lautstärkepegel einzustellen. Und wenn es sich bei der Ausgabe nicht um Musik handelt, sondern um ein technisches Signal in Form eines Sinus oder Mäanders mit hoher Dichte und entsprechend höherer Leistung?

Das heißt, Theoretisch können wir alles in Betracht ziehen, aber es ist offensichtlich, dass wir in der Realität im Bereich sehr niedriger Werte des Lastwiderstands die Lebensfähigkeit des Verstärkers nicht garantieren können.

Aus diesem Grund möchte ich den Grenzwert senken, kann aber nicht nur durch die Lautstärke am Ausgang des Kopfhörers bestimmt werden.

Blaue Zone

Schnittpunkt: 0,35 Ohm / - 9 dB (Ohm). Dies ist die Last, bei der eine hohe Klangqualität aufrechterhalten wird, damit der Verstärker in der entsprechenden Klasse A arbeitet. Hier sollte der Lautstärkepegel auf -24 dB vom Maximum eingestellt werden.

Fazit Zusammenfassung

Bei der Bestimmung der unteren Grenze müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden:

• Der erforderliche Lautstärkepegel ohne Verzerrung
• Die Fähigkeiten des Verstärkers, die nicht durchbrennen, wenn Sie versehentlich die Lautstärke höher als nötig einstellen.

Die erste Option kann getestet und bestimmt werden, die zweite ist mit einem Ausfall des Verstärkers während des Tests behaftet.

Eine vernünftige Option für heute ist die Überprüfung auf eine bedingt niedrige typische Impedanz für Kopfhörer. Heute sind es 8 Ohm für seltene Kopfhörer und 16 Ohm für Masse.

Für AE-5 wird eine Schlussfolgerung gezogen, dann unterstützt der Verstärker eine Last von 8 Ohm.

Da in RAA die Mindestlast während des Testens 16 Ohm beträgt, kann mit einer Korrektur von 12 dB für ein Musiksignal eine Schätzung an der unteren Grenze von bis zu 4 Ohm vorgenommen werden.

Obergrenze

Die Obergrenze schneidet sich für alle Zonen bei 707 Ohm / 57 dB (Ohm). Es gibt keine "Fallstricke" und alles ist ganz einfach, der 600 Ohm AE-5 Verstärker unterstützt. Über 700 Ohm hat jemand nicht genug Volumen.

In-Ear-Kopfhörer

Zurück zum Anfang: 100 dB / mW und 116 dB wurden für Kopfhörer in voller Größe verwendet.

Aufgrund ihres Designs mit einer leichteren Membran haben die In-Ear-Kopfhörer eine höhere Empfindlichkeit, und dementsprechend sollte der Bereich unter ihnen nicht für eine Empfindlichkeit von 100 dB / mW, sondern für ungefähr 109 dB / mW berücksichtigt werden.

Eine Auswahl von In-Ear-Kopfhörern, Buchhaltung sollte nur dynamische Modelle sein, die Verbindung ist alle Arten

Andernfalls haben wir das Ergebnis, dass die überwiegende Mehrheit der tragbaren Player, Smartphones und Tablets standardmäßig zu leise ist und In-Ear-Kopfhörer mit einem Widerstand von 16 Ohm nicht ausreichen. In der Praxis reicht jedoch normalerweise die Lautstärke von In-Ear-Kopfhörern aus.

Nehmen Sie das Xiaomi Redmi Note 4X-Smartphone, wenn Sie Sound von einem PowerAmp-Software-Player mit Ausgabe an Hi-Rez abspielen (der derzeit einzige Player, der Daten unter Umgehung von Android 6/7 ausgeben und damit die beste Klangqualität in diesen Betriebssystemen sicherstellen kann).



Link zu einem interaktiven Diagramm für Xiaomi Redmi Note 4X mit 100 dB / mW Schalldruck

Wenn wir die Grenze für Kopfhörer in voller Größe bestimmen, erhalten wir, dass die untere Grenze von 8 Ohm passt. Es bleibt aber auch die Obergrenze.

In diesem Fall ist es in dem Sinne absurd, dass die Untergrenze moderner Full-Size-Kopfhörer bei den seltenen 16 Ohm und den üblicheren 24 und 32 Ohm beginnt. 8 Ohm sind normalerweise nur bei Vintage-Kopfhörern wie dem TDS-7 und vielen älteren Kopfhörern mit Breitbandlautsprechern aus Papier zu finden.



Link zu einem interaktiven Diagramm für Xiaomi Redmi Note 4X mit 109 dB / mW Schalldruck

Wenn wir eine Linie für eine Empfindlichkeit von 109 dB / mW zeichnen, sehen wir ein adäquateres Bild. Der untere Rand passt sicher in 8 Ohm und der obere in etwa 60 Ohm.

Subjektiv spielen Kopfhörer mit einer Impedanz von 16 Ohm (Sennheiser CX300-II, IE-8) und 32 Ohm (Sennheiser CX 980, HiFiMan Re400) mit Xiaomi Redmi Note 4X wirklich mit ausreichender Lautstärke und es gibt einen kleinen Spielraum zum Einstellen der Lautstärke.

Im Folgenden finden Sie Beispiele für Smartphones, bei denen die Lautstärke beim Sennheiser IE-8 nicht ausreichte, sondern nur „nicht laut“ war.



Link zu einem interaktiven Diagramm für Fly FS504 Cirrus 2 PowerAmp mit 109 dB / mW Schalldruck



Link zu einem interaktiven Diagramm für Lenovo s820 mit 109 dB / mW Schalldruck

Daher sollten zwei Bereiche für die verwendeten Kopfhörer festgelegt werden: Full-Size und In-Channel. Für einige Quellen wird dieser Bereich auch "zu leise für alle typischen Kopfhörer". Diese Funktion ist in den „einfachen“ Berichten von Verstärkern in der RAA-Datenbank enthalten.