Para amplificadores, muitas vezes você pode ver uma característica como a "impedância recomendada para fones de ouvido" como uma faixa de impedâncias.
Os fabricantes geralmente determinam essa característica subjetivamente, depois de experimentar seu amplificador com diferentes modelos de fones de ouvido. Outros se concentram nas características dos concorrentes e se adaptam a eles, se as outras características forem semelhantes. Com essa abordagem, os produtos aparecem inevitavelmente, para alguns dos quais essa característica se torna exagerada e para outros é subestimada. Não existe uma fórmula única para essa característica.
Mas, como costuma acontecer, se muitos fabricantes indicam uma característica semelhante (semelhante à “faixa de frequência” para fones de ouvido), existe uma falsa impressão de que existe algum padrão para isso.
Essa característica pode ser derivada e calculada se abordarmos esse problema a partir do significado original da característica e generalizarmos os dados dos fabricantes. Se os fabricantes analisarem esses dados subjetivamente, eles poderão ser considerados empíricos e servir de referência. Entendendo o algoritmo de cálculo, você sempre pode fazer a correção necessária.
Caracterização
A principal essência da característica é determinar com quais fones de ouvido o amplificador poderá fornecer um nível de volume aceitável e, ao mesmo tempo, funcionará qualitativamente (com bom som).
Sabemos que, para fones de ouvido de alta impedância, a principal limitação é a tensão e a corrente de baixa impedância. Como a principal diferença é indicada principalmente para a borda dos fones de ouvido de alta impedância, precisamos determinar qual nível de pressão sonora, do ponto de vista da maioria dos fabricantes, é aceitável especificamente para modelos de alta impedância.
A amostra RAA incluiu produtos cujos fabricantes recomendam fones de ouvido com uma impedância de até 600 Ohms.
Modelo / nível máximo de tensão:
ASUS Essence One MK2 16,2 dBV
ASUS Essence 3 balanceado 16,5 dBV
Desequilíbrio ASUS Essence 3 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
Por referência, a mesma lista pode ser selecionada no banco de dados de medição RAA, mas com modelos adicionais, como a filtragem é feita por marca.A lista mostra que o valor mínimo de tensão para 600 Ohms é 14,5 dBV (a tensão já está expressa em decibéis).
Para fones de ouvido, o parâmetro de sensibilidade é expresso em voltagem e potência. A primeira opção permite concluir que o “volume” dos fones de ouvido sem levar em consideração sua resistência, o que é muito conveniente quando comparamos fones de ouvido com diferentes impedâncias. A segunda opção mostra sua eficiência. Além disso, se você criar os mesmos fones de ouvido, mas com resistência diferente do indutor, a eficiência deles será a mesma (a mesma sensibilidade à energia), mas a sensibilidade à tensão será diferente dependendo de suas proporções de resistência como 10 * Log10 (R1 / R2).
Ao calcular as razões de tensão em decibéis, é utilizada a fórmula 20 * Log10 (V1 / V2), com uma diferença na sensibilidade à potência 10 * Log10 (R1 / R2).A taxa de impedância de 16 Ohms / 600 Ohms é de -15,7 dB e os fones de ouvido com resistência de 600 Ohms serão 15,7 dB mais silenciosos do que os fones de ouvido com resistência de 16 Ohms, com outros designs iguais.
Portanto, precisamos determinar o nível médio de sensibilidade à energia entre os fones de ouvido de alta impedância, eliminando os fones de ouvido com um design não padrão.
Porque Como a amostra é necessária principalmente para o design dos fones de ouvido para modelos de alta resistência, e não estritamente apenas para modelos de alta resistência, isso permite que você faça uma seleção para uma ampla gama de modelos em uma ampla faixa de resistência e obtenha um valor médio de sensibilidade mais adequado.
Por referência, a mesma lista, mas com modelos adicionais de design fora do padrão ou com amplificação ativa. Abaixo estão os dados dos fones de ouvido com uma resistência de 150 ohms.AKG K 340 ED 91,7 dB / mW SPL 398,6 Ohm
Beyerdynamic DT 770 Pro 250 Ohm 94,5 dB / mW SPL 254,4 Ohm
Beyerdynamic DT 880 Pro 95,6 dB / mW SPL 252,9 Ohm
Beyerdynamic DT 990 Pro 250 Ohm 93,4 dB / mW SPL 267,4 Ohms
Beyerdynamic DT 150 250 ohm 99,3 dB / mW SPL 280,1 Ohm
Beyerdynamic DT 250 250 ohm 101 dB / mW SPL 268,7 Ohm
Beyerdynamic DT 48 E 200 ohm 99,2 dB / mW SPL 200,1 Ohm
Beyerdynamic DT 660 mk 2 85,6 dB / mW SPL 568,6 Ohm
Beyerdynamic DT 770 600 ohm 96,6 dB / mW SPL 570,8 Ohm
Beyerdynamic DT 797 99,5 dB / mW SPL 259,4 Ohms
Beyerdynamic DT 831 106,2 dB / mW SPL 348,2 Ohms
Beyerdynamic DT 911 106,5 dB / mW SPL 298,6 Ohms
Beyerdynamic DT 931 107,3 dB / mW SPL 328,2 Ohms
Beyerdynamic DT 990 600 ohm 95,4 dB / mW SPL 612 Ohm
Beyerdynamic T1 99,3 dB / mW SPL 819,3 Ohms
Beyerdynamic T70 99,6 dB / mW SPL 394,2 Ohms
Beyerdynamic T90 97,6 dB / mW SPL 406,2 Ohms
Beyerdynamic DT 250 250 Ohm Mod 103,1 dB / mW SPL 238,9 Ohm
Maestro alemão GMP 400 98,2 dB / mW SPL 292,8 Ohm
Maestro alemão GMP 435 S 111,9 dB / mW SPL 347,4 Ohm
Maestro alemão GMP 450 PRO 105,8 dB / mW SPL 301 Ohm
Maestro alemão GMP 8.300 D 99,9 dB / mW SPL 303,2 Ohms
MB Quart QP 400 98,8 dB / mW SPL 292,5 Ohms
Sennheiser HD 280-13 103,9 dB / mW SPL 405,9 Ohm
Sennheiser HD 700 94,4 dB / mW SPL 235,1 Ohm
Sennheiser PC 350 Xense 101 dB / mW SPL 253,9 Ohm
Sennheiser HD 600 100,6 dB / mW SPL 352,2 Ohms
Sennheiser HD 650 100,5 dB / mW SPL 344,9 Ohm
Sennheiser HD 800 100,1 dB / mW SPL 429,4 Ohms
Sennheiser HD 800s SPL de 101,6 dB / mW 442,8 Ohms
O valor médio é de 99,6 dB / mW. Para 600 Ohms, isso é 101,82 dB / V (a conversão pode ser feita através de uma
calculadora on-line )
Arredonde todos os valores para números inteiros para o limite superior de 600 Ohms:
- Nível mínimo de tensão: 14 dBV
- Sensibilidade do fone de ouvido a 600 Ohms: 102 dB / V
O nível de pressão sonora recomendado é obtido como: 14 dBV +102 dB / V SPL = 116 dB SPL
Assim, para determinar o limite superior, precisamos apenas determinar em qual carga o amplificador não será capaz de fornecer 116 dB SPL a uma sensibilidade de 100 dB / mW SPL para fones de ouvido.
À primeira vista, a afirmação também parece verdadeira - em que faixa de resistências conectadas o amplificador fornecerá potência de 16 dBm para fones de ouvido com uma sensibilidade de 100 dB / mW. (16 dBm é uma
calculadora on-line de 40 mW).
Mas, a segunda opção está incorreta para calcular o limite inferior, porque a potência padrão é calculada para o seno e não para o sinal da música. Para limitar a tensão, isso é insignificante, e para a corrente é necessário introduzir uma correção adicional de +12 dB e operar com potência "musical". Essas sutilezas serão consideradas em um material separado.
116 dB SPL - é muito ou pouco? De fato, se você ligar a música e fazer medições com um medidor de nível de som, na realidade, em vez do SPL calculado de 116 dB, o valor médio será aproximadamente 20 dB menor. Isso se deve ao fato de que a faixa de música não apresenta ruído contínuo no volume máximo, mas consiste em seções silenciosas e altas com densidade de energia diferente. Assim, esses 20 dB são uma espécie de "fator de pico" e, ao calcular o som da música, são introduzidos como uma correção adicional. Se forem realizados estudos mais extensos do que aqueles realizados no laboratório da RAA, esse valor será ajustado para cima ou para baixo, mas em pequena medida.
I.e. o valor calculado é 116 dB SPL, mas, na realidade, será música com um nível de pressão sonora médio de 96 dB SPL.Exemplos de faixa de impedância para fones de ouvido
Visualmente, no gráfico de tensão máxima, no exemplo da nova placa de som Sound Sound BlasterX AE-5, ele ficará assim:
Link para um gráfico interativo para Creative Sound BlasterX AE-5A linha tracejada mostra o nível de tensão necessário para fones de ouvido com uma sensibilidade de 100 dB / mW para obter uma pressão sonora de 116 dB NPS.
O eixo X mostra a faixa de carga, aqui para maior clareza, a escala é de 0,001 Ohms a 2000 Ohms. Em relatórios gerais, a escala é mostrada em uma faixa mais estreita de 10 a 1000 Ohms.
No eixo Y, a tensão na saída do amplificador em dBV.
Porque o amplificador possui uma resistência interna de 1,1 Ohms; em seguida, na região de baixa carga ôhmica, o gráfico da cavidade diminui.
A área azul indica a operação do amplificador na classe equivalente A (o melhor modo no qual o amplificador de uma placa de som AE-5 pode funcionar). O modo verde indica a área operacional no modo equivalente da classe AB. A borda da transição para o modo B e o máximo antes do recorte é menor que 1 dB e não é visível. A parte superior da zona cinza mostra o possível nível de tensão sem limitação de corrente.
Sobre classes equivalentes no gráfico .
Limite inferior
No lado esquerdo das cargas de baixa resistência, observamos três pontos de interseção.
Área cinza
Interseção a 0,0007 Ohm / -63 dB (Ohm). Qualquer que seja o sinal reproduzido, quando uma resistência mais baixa estiver conectada, é fisicamente impossível fornecer uma tensão maior que a necessária para obter 116 dB com uma sensibilidade de fone de ouvido de 100 dB / mW SPL. A zona cinza é construída sem limitação de corrente e, na maioria dos casos, isso significa que nessa área o sinal musical será acompanhado por forte distorção do recorte. I.e. este é o nível em que teoricamente é possível reproduzir sinais pulsados ou fabricar altos números de potência no PMPO.
Assim, não se pode navegar pela zona cinza.
Vermelho / amarelo / verde
No AE-5, essas zonas coincidem.
Cruzamento: 0,17 Ohm / -15dB (Ohm). Esse valor de carga, abaixo do qual o chiado será claramente audível devido à falta de corrente. De fato, é essa borda que deve indicar o mínimo permitido ao conectar fones de ouvido.
Mas há uma ressalva. Como a interseção ocorre na zona de limitação atual (chanfro oblíquo do gráfico), isso já implica que o botão de volume não deve ser definido no máximo, mas, neste caso, em -19 dB (a diferença entre os máximos das zonas cinza e verde).
I.e. Para ouvir um sinal de música sem sibilos e distorções óbvias, a saída do amplificador sem carga deve ser ajustada para uma tensão de 14,5 dBV -19 dB = -4,5 dBV.
Se o botão de volume estiver no máximo, a uma carga de 0,17 Ohms, teremos uma tensão de -3 dBV e até 0,7 W de potência, e uma tensão de 13,25 dBV será estabelecida na resistência interna do amplificador e dissipará até 4,8 W (ao calcular a potência, a corrente é considerada corrigida por -12 dB no formato devido à densidade do sinal da música). Sim, é possível que os números reais sejam mais baixos devido ao limite de corrente na fonte de alimentação, mas apenas possibilita que a seção da fonte de alimentação já possa falhar.
A questão é: um resistor poderoso na saída do amplificador é suficiente e é um problema fatal definir acidentalmente o nível máximo de volume? E se a saída não é música, mas um sinal técnico na forma de um seno ou meandro com alta densidade e potência correspondentemente mais alta?
I.e. em teoria, podemos considerar qualquer coisa, mas é óbvio que, na realidade, na região de valores muito baixos de resistência à carga, não podemos garantir a viabilidade do amplificador.
Por esse motivo, gostaria de diminuir o limite, mas não pode ser determinado apenas pelo volume na saída dos fones de ouvido.
Zona azul
Interseção: 0,35 Ohm / - 9 dB (Ohm). Essa é a quantidade de carga na qual o som de alta qualidade é mantido para o amplificador funcionar na classe equivalente A. Aqui, o nível do volume deve ser definido como -24 dB a partir do máximo.
Resumo da linha de fundo
Ao determinar o limite inferior, dois fatores devem ser levados em consideração:
- O nível de volume necessário na ausência de distorção
- Os recursos do amplificador, que não queimarão, se você acidentalmente definir o volume mais alto do que o necessário.
A primeira opção pode ser testada e determinada, a segunda é repleta de falha do amplificador durante o teste.
Uma opção razoável para hoje será verificar uma impedância típica condicionalmente baixa para fones de ouvido. Hoje serão 8 ohms para fones de ouvido raros e 16 ohms para massa.
Para AE-5, haverá uma conclusão, então o amplificador suporta uma carga de 8 ohms.
Dado que no RAA a carga mínima durante o teste é de 16 Ohms, com uma correção de 12 dB para um sinal de música, uma estimativa pode ser feita no limite inferior de até 4 Ohms.Limite superior
O limite superior cruza para todas as zonas a 707 Ohm / 57 dB (Ohm). Não existem "armadilhas" e tudo é bastante simples, o amplificador de 600 Ohm AE-5 suporta. Acima de 700 ohms, alguém não tem volume suficiente.
Fones de ouvido
Voltando ao início, 100 dB / mW e 116 dB foram obtidos para fones de ouvido de tamanho normal.
Devido ao seu design com um diafragma mais claro, os fones de ouvido têm uma sensibilidade mais alta e, portanto, o intervalo deve ser considerado para eles, não para sensibilidade de 100 dB / mW, mas para aproximadamente 109 dB / mW.
Uma seleção de fones de ouvido, a contabilidade deve ser apenas modelos dinâmicos, o link é todos os tiposCaso contrário, obtemos o resultado de que a grande maioria dos players portáteis, smartphones e tablets é muito silenciosa por padrão e os fones de ouvido com uma resistência de 16 ohms não são suficientes. Mas, na prática, geralmente os fones de ouvido em volume são suficientes.
Leve o smartphone Xiaomi Redmi Note 4X ao reproduzir som de um reprodutor de software PowerAmp com saída para Hi-Rez (o único reprodutor no momento que pode gerar dados ignorando o Android 6/7 e, assim, garantir a melhor qualidade de som nesses sistemas operacionais).
link para um gráfico interativo para Xiaomi Redmi Note 4X a 100 dB / mW SPLSe determinarmos o limite para fones de ouvido de tamanho normal, obtemos que o limite inferior de 8 ohms se encaixa. Mas também continua sendo o limite superior.
Nesse caso, será absurdo no sentido de que o limite inferior dos fones de ouvido modernos de tamanho normal começa nos raros 16 Ohms e nos mais comuns 24 e 32 Ohms. Geralmente, são encontrados 8 ohms entre fones de ouvido antigos, como o TDS-7 e muitos outros antigos com alto-falantes de banda larga de papel.
link para um gráfico interativo para Xiaomi Redmi Note 4X a 109 dB / mW SPLSe traçarmos uma linha para uma sensibilidade de 109 dB / mW, veremos uma imagem mais adequada. A borda inferior se encaixa com segurança em 8 ohms e a borda superior em cerca de 60 ohms.
Subjetivamente, fones de ouvido com impedância de 16 ohms (Sennheiser CX300-II, IE-8) e 32 ohms (Sennheiser CX 980, HiFiMan Re400) com Xiaomi Redmi Note 4X realmente tocam com volume adequado e há uma pequena margem para ajustar o volume.
E abaixo estão exemplos de smartphones nos quais o volume não foi suficiente com o Sennheiser IE-8, mas apenas no nível "não alto".
link para um gráfico interativo para Fly FS504 Cirrus 2 PowerAmp a 109 dB / mW SPL
link para um gráfico interativo para Lenovo s820 a 109 dB / mW SPLPortanto, dois intervalos para os fones de ouvido usados devem ser determinados: tamanho normal e canal interno. Para algumas fontes, esse intervalo também ficará "muito silencioso para todos os fones de ouvido comuns". Esse recurso está incluído nos relatórios "simples" de amplificadores no banco de dados RAA.