Mengapa Anda tidak dapat membandingkan amplifier headphone dari posisi volume dengan kekuatannya?

Kita terbiasa dengan fakta bahwa penguat yang daya outputnya lebih tinggi di bawah kondisi yang sama (beban yang sama dan distorsi sebanding) biasanya memainkan lebih keras. Jadi mengapa aturan ini gagal dengan amplifier headphone? Bagaimana cara membandingkannya?

Untuk memulainya, kita ingat bahwa daya adalah produk dari tegangan dan arus, dan arus tergantung pada besarnya tegangan dan peringkat beban.

W = U * I
I = U / R

Kami tidak dapat meningkatkan daya dengan menambahkan hanya arus tanpa mengubah voltase. Dengan kata lain, dengan kontrol volume, kami hanya mengontrol tegangan pada output amplifier, dan arus akan dikonsumsi tergantung pada tahanan beban (speaker atau headphone). Kami akan meningkatkan tegangan - konsumsi saat ini juga akan secara otomatis meningkat.

Setiap penguat memiliki karakteristik ekstrem yang dapat dinyatakan sebagai tingkat arus dan tegangan maksimum untuk kriteria kualitas yang diberikan. Jika kita mengatur level output di mana sinyal yang diperkuat melampaui nilai batas tegangan, maka "puncak" gelombang akan terputus.


Contoh bentuk gelombang IHiFi-100, batasan tidak seimbang

Distorsi semacam ini sering disebut dengan “clipping” atau “overloading”. Tetapi mungkin ada situasi di mana tegangan maksimum tidak terlampaui, tetapi konsumsi saat ini pada beban (speaker atau headphone) lebih tinggi daripada yang bisa diberikan oleh amplifier. Hasilnya, kami mendapatkan distorsi suara yang serupa.


Batas arus Audiolab M-DAC pada resistansi rendah. Batasan pada bagian atas gelombang adalah "lunak", dan di bagian bawah "keras".

Karena daya adalah produk dari arus dan tegangan, dengan daya keluaran yang sama, arus dan tegangan berbanding terbalik.

U = W / I, I = W / U

Dengan sensitivitas yang sama terhadap kekuatan speaker (atau headphone), tetapi dengan impedansi yang berbeda, untuk memastikan tekanan suara yang sama pada output, daya yang sama, tetapi rasio arus dan tegangan yang berbeda, diperlukan.

Hampir semua speaker dengan emitor tipe dinamis memiliki impedansi rendah - 4 atau 8 ohm. Untuk beban seperti itu dari amplifier, nilai arus keluaran terutama penting, karena tegangan yang dibutuhkan relatif kecil.

Bagaimana potensi amplifier biasanya ditentukan? Siapa pun yang memiliki transformator yang lebih berat dan kapasitansi kapasitor yang lebih banyak dalam catu daya lebih baik. Meskipun ini merupakan indikator tidak langsung, seringkali cukup akurat.

Sinyal musikal bukan sinus jangka panjang murni, ini penuh semangat "15-15 dB" lebih tenang "karena amplitudo yang tidak merata dalam waktu. Jika, misalnya, kami mengukur kekuatan 10 W (4 Ohm, 6,3 Vrms, 1,5 A), maka nilai rata-rata nyata yang dikonsumsi adalah 3,5 W (pada kepadatan energi 9 dB lebih rendah). Jadi, jika kita menaikkan volume sebesar 9 dB, maka nilai tegangan pada sinyal musik akan menjadi nyata 10 watt.


Bentuk gelombang untuk sinyal sinus dan musik

Gambar menunjukkan area yang teduh untuk sinyal sinus dan musik. Rasio area sama dengan rasio arus yang dikonsumsi dengan amplitudo tegangan yang sama.



Jika tidak ada kapasitas yang cukup dalam catu daya, maka pada saat daya tinggi jangka pendek kita akan menerima distorsi dalam suara dari kliping oleh arus. Tetapi, dengan kapasitas yang cukup dalam catu daya, amplifier akan menerima daya yang diperlukan. Karena alasan inilah yang sering memperhatikan kapasitansi kapasitor. Sebuah penguat dengan kapasitor kapasitif sebenarnya akan lebih kuat, meskipun dalam pengujian pada sinus dalam kekuasaan (jangka panjang) itu akan sama dengan penguat dengan kapasitas kapasitor yang lebih rendah dalam catu daya.

Poin lain yang lebih penting, jika amplifier memiliki batas tegangan yang sama, misalnya 5 Vrms, maka pada sinus dengan beban 4 Ohm akan ada konsumsi arus 1,25 A, dan untuk musikal dengan kerapatan 9 dB lebih rendah - 0,4 A. Misalkan dua amplifier untuk 4 ohm menyatakan daya sebagai 6 W (5 Vrms, 1.2 A) dan 4 W (5 Vrms, 0.8 A). Seperti yang Anda lihat, amplifier pertama memiliki kekuatan sinus yang lebih tinggi, tetapi amplifier akan diputar pada volume yang sama pada sinyal musik, karena tegangan maksimumnya sama. Kliping karena kurangnya arus tidak akan, karena kedua amplifier mampu memberikan lebih dari 0,4 A untuk 4 ohm. Margin daya penguat pertama hanya redundan (ini adalah bagaimana klaim muncul bahwa karakteristik berbohong dan Anda tidak dapat bergantung pada mereka).

Perbedaan antara sinyal sinus dan sinyal musik sangat jelas sehingga dalam semua standar, dengan satu atau lain cara, ada rekomendasi untuk melakukan pengukuran atau menunjukkan data akhir pada sinyal yang dekat dengan sinyal musik. Tetapi tidak satu pun dari rekomendasi ini yang berakar. Alasan utama yang disarankan adalah bahwa untuk sebagian besar amplifier, margin tegangan jauh lebih tinggi daripada margin saat ini untuk beban impedansi rendah.

Misalnya, jika sebuah penguat tanpa beban dapat memberikan 12 Vrms, tetapi di bawah beban dengan arus 0,6 A, kita sudah dapat memotong pada 2,4 Vrms pada 4 ohm pada sinus dan pada 6,7 ​​Vrms pada sinyal musik. Kami tidak akan sampai ke batas tegangan.

Konsumen memiliki pertanyaan sederhana, apa yang diputar lebih keras, dan peringkat daya dalam banyak kasus memberikan jawaban yang benar, karena dalam hal tegangan dan arus, hanya arus yang akan menjadi faktor pembatas. Jika kita menghitung ulang daya dalam "tegangan + arus", maka kita akan basi membuat perhitungan yang tidak perlu, dan jawabannya akan sama.

Selain itu, dengan membandingkan nilai daya, tegangan, dan arus, kami tidak mendapatkan jawaban "seberapa keras", karena jawaban seperti itu hanya terkandung dalam unit yang dinyatakan dalam desibel. Misalnya, dalam hal daya, tiga amplifier akan diatur sebagai berikut: 10 W, 20 W dan 30 W. Tetapi dalam hal volume, akankah sebuah penguat dengan kekuatan 20 W berada di tengah? Dalam unit yang dinyatakan dalam dB, kekuatannya akan terlihat seperti: 10 dBW, 13 dBW dan 14,7 dBW. Rasio suka -3 / 0 / 1,7 dB. Dengan demikian, penguat dengan daya 20 watt akan jauh lebih dekat dengan penguat 30 watt.

Mungkin jika perkembangan komputer telah terjadi sebelumnya, dan penulis majalah dan pembaca yang mengkilap dapat menghitung logaritma, maka kita tidak akan melihat nilai abstrak dari kekuatan amplifier, tetapi nilai-nilai spesifik tekanan suara pada output dari speaker dan amplifier tertentu. Namun sayang, itu terlalu rumit, meskipun itu akan memberikan jawaban yang lebih akurat.

Tetapi kembali ke hal utama - menyederhanakan peringkat amplifier dalam hal volume berdasarkan daya tidak menyebabkan kontradiksi (terutama untuk amplifier anggaran), karena Faktor pembatas utamanya saat ini. Tetapi dengan amplifier headphone, masalah muncul dalam pertumbuhan penuh.

Impedansi headphone umum berkisar dari 16 hingga 300 ohm. Untuk headphone impedansi rendah, arus adalah parameter pembatas, dan untuk impedansi tinggi - tegangan. Selain itu, untuk headphone dengan impedansi rendah, akan ada margin setidaknya 9-15 dB saat ini.

Jika penguat untuk pengeras suara biasa hanya memiliki dua, 4 dan 8 Ohm (dan sesuai dengan dua nilai tingkat daya), maka untuk penguat headphone, impedansi tipikal tersebut berada di urutan 8: 8, 16, 24, 32, 60, 100, 200, 300 dan 600 ohm. Dalam kasus terbaik, pabrikan menunjukkan nilai daya untuk dua peringkat.

Pengguna yang tidak terlatih tidak selalu melihat bahwa amplifier yang berbeda memiliki peringkat daya yang berbeda dan tidak mungkin untuk membandingkan 0,5 W @ 32 Ohm dan 0,3 W @ 300 Ohm.

Jika Anda membuat grafik tegangan output untuk amplifier, maka akan mengambil formulir ini.


Pada sumbu horizontal - tahanan beban (speaker atau headphone). Vertikal, tegangan, di kiri dalam Vrms (tidak asing bagi banyak orang), dan di kanan di dBV. dBV adalah nilai tegangan dalam desibel, di mana 1 Vrms diambil untuk 0 dB. Dalam unit-unit ini, tegangan untuk peralatan profesional telah lama ditunjukkan, karena Tingkat disesuaikan dalam dB. Dalam kasus kami, ini nyaman karena perbandingan langsung dari volume segera di dB.

Garis putus-putus biru adalah batas tegangan. Dalam contoh, ini adalah 0 dBV atau 1 Vrms. Sebagai contoh sederhana, impedansi keluaran dari penguat adalah 0 Ohm dan garis ini sangat horisontal.

Garis merah adalah nilai tegangan pada arus keluaran 10 mA (sesuai dengan rumus U = I * R).

Garis hitam adalah hasil dari batas arus dan tegangan. Jika nilai tegangan dikonversi menjadi daya, kita mendapatkan 1,6 mW (pada -16 dBV) untuk 16 Ohm dan 3,3 mW (0 dBV) untuk 300 Ohm.

Rasio daya memberikan perbedaan 3 dB (10 * Log10 (W1 / W2) = 10 * Log10 (3.3 / 1.6) = 3 dB). Pertimbangkan contoh dengan headphone dengan sensitivitas 100 dB / mW ketika dievaluasi sesuai dengan grafik tegangan:

Jika kita memiliki headphone dengan sensitivitas 118 dB / V SPL (100 dB / mW) pada 16 Ohm, maka bagi mereka tekanan suara maksimum akan sama dengan -16 dBV + 118 dB / V SPL = 102 dB SPL. Untuk headphone dengan sensitivitas 105 dB / V SPL (100 dB / mW) pada 300 Ohm, tekanan suara akan sama dengan 0 dBV + 105 dB / V SPL = 105 dB SPL. Perbedaan volume antara headphone yang terhubung ke amplifier ini akan sama dengan 105 dB SPL - 102 dB SPL = 3 dB, di mana model impedansi tinggi akan diputar lebih keras.

Secara matematis, semua ini baik untuk sinus. Tetapi untuk sinyal musik, perhitungannya akan berbeda.


Karena kerapatan energi sinyal lebih rendah setidaknya 9 dB, batas arus akan sepanjang garis putus-putus hijau, yang masing-masing lebih tinggi sebesar 9 dB.


Rasio tegangan sudah akan berbeda.

Untuk 16 ohm:

• Untuk sinus, kita akan memiliki nilai -16 dBV.
• Untuk sinyal musik, nilainya akan menjadi 9 dB lebih tinggi, sama dengan -7 dBV, dan kekuatan "musikal" seharusnya bukan 1,6 mW, tetapi 12 mW!
• Jika Anda lupa tentang kualitas (jika level saat ini terlampaui, kami mendapatkan distorsi) atau jika kepadatan energi dari sinyal bahkan lebih rendah, maka nilainya dapat mencapai 0 dBV.

Untuk 300 Ohm, tidak ada yang akan berubah, karena hanya ada batas tegangan. Untuk contoh di atas, untuk sinyal musik, headphone dengan sensitivitas 118 dB / V pada 16 Ohm akan memberikan tekanan suara -7 dBV + 118 dB / V SPL = 111 dB SPL. Dan perbedaan antara model resistansi rendah dan resistansi tinggi akan menjadi 111dB SPL - 105dB SPL = 6dB, di mana model resistansi rendah sudah akan lebih keras.

Dan jika Anda hanya memutar kenop volume ke maksimum dan tidak memperhatikan kualitas (berderak dari kliping), maka perbedaan antara headphone akan 13 dB mendukung model impedansi rendah.


Jika kita melihat amplitudo, margin arus kurang dari 9 dB, maka, dengan demikian, level tegangan maksimum akan tetap pada 0 dBV. Pada contoh di atas, gain sebenarnya adalah 6 dB.

Apa yang terjadi jika kita membandingkan amplifier dengan daya output yang sama?


Tambahkan amplifier kedua dengan kekuatan yang dinyatakan 3 mW hingga 32 Ohm dan 3,3 mW hingga 300 Ohm. Amplifier pertama kami dalam contoh ini memiliki daya yang persis sama pada 32 dan 300 ohm.

Amplifier kedua memiliki tegangan maksimum 2,3 dBV (1,3 Vrms), impedansi keluaran 100 Ohm dan arus keluaran 100 mA. Karena resistansi tidak nol, batas tegangan bukan garis horizontal lurus, tetapi kurva dengan penurunan tegangan ke daerah impedansi rendah.

Seperti yang Anda lihat dalam grafik, garis magenta bersilangan dengan garis hitam pada 32 dan 300 Ohm. Margin saat ini sangat besar (garis putus-putus magenta) sehingga tidak mempengaruhi nilai maksimum.

Grafik di atas menunjukkan bahwa untuk amplifier pertama untuk 32 ohm ada margin 9 dB, karena ini memungkinkan nilai tegangan maksimum. Untuk amplifier kedua dengan margin arus yang besar, tegangan maksimum tidak memungkinkan mendapatkan daya "musikal" lebih dari yang diperoleh untuk sinus.

Jadi, secara formal, amplifier memiliki kekuatan yang sama, tetapi dalam praktiknya, amplifier headphone 32-ohm pertama akan memberikan volume 9 dB lebih tinggi dengan kualitas yang sama.

Apa kesimpulan global yang bisa ditarik dari ini? Membandingkan amplifier hanya dengan daya tidak benar, meskipun faktanya ini biasa dan lebih atau kurang memadai untuk amplifier AC.

Pengembangan laporan dalam RAA selalu ditujukan bukan pada jumlah maksimum grafik, tetapi pada kemungkinan membandingkan produk. Dan ketika membandingkan, mendapatkan jawaban yang praktis, bukan yang abstrak.

Operasi sensitivitas daya dan grafik daya kurang nyaman untuk perbandingan cepat daripada, misalnya, perbandingan sensitivitas tegangan dan, dengan demikian, grafik tegangan.

Namun, grafik tegangan yang diplot oleh sinus tidak cukup akurat untuk membandingkan volume antara amplifier. Sebagai hasil dari pekerjaan, pandangan yang diperbaiki dari grafik tegangan ditambahkan ke kekuatan "musikal". Bagan ini telah ditambahkan ke laporan dan berbagai layanan dan perbandingan online.

Perbandingan grafik dari karakteristik daya dari amplifier dan penentuan level tegangan yang diperlukan untuk headphone dari amplifier

Tautan


Dalam layanan ini, Anda dapat membandingkan amplifier dalam volume, dan dalam kerangka kelas kualitas tertentu. Jika Anda memilih kelas A yang setara, maka ini akan menjadi perbandingan dalam kualitas amplifier yang mungkin maksimum. Dan jika Anda memilih "Tidak ada batas saat ini" - hanya akan ada perbandingan volume tanpa memperhatikan kualitas.

Secara default, kerapatan energi dari sinyal diatur ke 12 dB di bawah kerapatan sinus. Biasanya, kepadatan sinyal musik berbeda dari 9 hingga 15 dB. Jika diinginkan, Anda dapat mengatur kepadatan yang berbeda. Jika Anda memilih 3 dB dan menampilkan "Point On", Anda akan mendapatkan grafik yang dibangun oleh sinus dengan nilai aslinya.


Untuk menganalisis level ke beban tertentu, Anda dapat mengatur tahanan headphone, dan tabel tambahan akan berisi nilai yang diinginkan dalam dBV.

Ada algoritma lain yang menarik dan berguna dalam layanan ini, tetapi mereka berada di luar cakupan topik ini.

Perbandingan bagian penguat dalam volume

Tautan



Ini adalah versi yang disederhanakan dalam bentuk tabel di mana Anda dapat mengatur dua opsi resistensi dan melihat amplitudo di dB. Demikian pula, Anda dapat memilih kelas kualitas yang setara. Selain itu yang diberikan adalah nilai-nilai yang berkuasa untuk sinus. Saat menyortir, Anda dapat melihat bahwa nilai daya dapat berbeda secara signifikan pada nilai tegangan yang sama karena kepadatan energi sinyal.

Kalkulator Baseline Amplifier

Tidak diragukan lagi, banyak orang akan secara tidak sadar memiliki pertanyaan, tetapi bagaimana dengan membandingkan perangkat yang tidak diukur dalam RAA? Bagaimana cara menghitung tegangan dan arus? Bagaimana cara membuat jadwal?



Untuk melakukan ini, kalkulator terpisah disiapkan, di mana dimungkinkan untuk memasukkan data yang diketahui tentang perangkat dan mendapatkan nilai akhir pada output.

Kalkulatornya tidak sederhana, karena kadang-kadang data dari pabrikan tidak lengkap dan perlu untuk menghitung kisaran kemungkinan nilai yang mungkin. Misalnya, pabrikan mungkin mengindikasikan daya untuk satu beban dan level tegangan maksimum tanpa beban. Tanpa impedansi keluaran, mungkin ada beberapa opsi grafik. Berbagai kombinasi data ini sedang dikerjakan.

Ringkasan

Untuk membandingkan bagian penguat dalam hal volume, kepadatan energi dari sinyal musik dan secara terpisah pembatasan arus dan tegangan harus diperhitungkan.