Низкий и высокий импеданс в наушниках – как выбрать

Низкий и высокий импеданс в наушниках – как выбрать

Всё больше и больше людей слушают музыку или подкасты через наушники смартфона, например, по дороге на работу или во время управления автомобилем. Выбирая наушники, стоит обратить внимание на технические характеристики каждой модели. Важным понятием в этом вопросе является сопротивление наушников.

Тайна цифр

Представим, что вы решились на приобретение новой модели наушников. Вопрос бюджета отставим в сторону, поскольку толщина кошелька у каждого покупателя своя. Сразу же обратим внимание на характеристики.

Внимательный покупатель наверняка обращал внимание на ряд непонятных физических характеристик, нанесенных на красивую коробку. Ниже приведена фотография с вырезками трех различных моделей наушников известных брендов:

На что обратить внимание при покупке? Итак, перед нами три модели с различными характеристиками:

Характеристики модели А:

Характеристики модели B:

Характеристики модели C:

Частотный диапазон. Все три модели имеют абсолютно различные числовые характеристики. Наша же задача: определить, какие наушники будут чувствовать себя комфортнее с портативным плеером или смартфоном. Самый широкий диапазон воспроизводимых частот у модели B: от 5 Гц до 40 кГц (при том, что человеческое ухо воспринимает диапазон всего от 16 до 20 000 Гц). Таким образом, частотный диапазон всех трех моделей устроит любого, даже самого взыскательного слушателя. При выборе наушников средней ценовой категории этот параметр не является определяющим, а носит скорее маркетинговый характер.

Сопротивление. Вот тут то мы и дошли до самого интересного: все три модели кардинально отличаются друг от друга. Давайте разберемся, на что же влияет показатель импеданса и какое оптимальное значение сопротивления для использования в паре со смартфоном?

Все наушники разделяются на две категории: низкоомные и высокоомные, причем градация этого деления напрямую зависит от их типа. Так, полноразмерные наушники, с импедансом до 100 Ом считаются низкоомными; выше 100 Ом – высокоомными. Наушники внутриканального типа («затычки» или вкладыши) с показателем сопротивления до 32 Ом – низкоомные; выше 32 ОМ – высокоомные.

В акустическом мире полноразмерных колонок и динамиков все просто: есть колонка на 30 Ватт с сопротивлением в 8 Ом. Подключаем к левому и правому каналу соответствующий 8-омный усилитель и наслаждаемся громким звуком. Ситуация с наушниками намного сложнее и запутаннее. Только в приведенном выше примере мы столкнулись с тремя сопротивлениями:

• модель A – 22 Ома;
• модель B – 32 Ома;
• модель С – 250 Ом.

На вопрос: какие наушники лучше всего подойдут к смартфону, рядовой покупатель уверенно ответит, что лучшая модель – модель с минимальным сопротивлением. «Низкоомные наушники, в связке со смартфоном, будут звучать громче, а для высокоомных нужен отдельный мощный усилитель», – вот общепринятое утверждение продавца-консультанта среднестатистического магазина электроники. «Садитесь, пока что двоечка», – сказал бы мой школьный преподаватель по физике и вот почему.

В тот момент, когда вы увеличиваете громкость воспроизведения музыки, на выходном сигнале меняется не уровень мощности, а напряжение. И лишь напряжение напрямую влияет на мощность. Для этого из школьного курса физики достаточно вспомнить две простых формулы закона Ома:

Таким образом, для определения того, какие же наушники будут играть ГРОМЧЕ, а громкости каких в условиях использования исключительно смартфона будет недостаточно, следует обращать внимание не только на показатель сопротивления самих наушников, но и на максимальный уровень напряжения, которое выдает порт миниджек вашего смартфона или плеера. С этим показателем практически все производители электроники не спешат нас знакомить. Узнать четкий вольтаж на выходе миниджека можно, как правило, только по схемам устройства, найти которые нелегко.

Сопоставлять две разных модели по громкости следует не по уровню мощности, а по уровню потребляемого напряжения. Чувствительность наушников с меньшим сопротивлением больше, чем у высокоомной модели. Но как это отражается на времени автономной работы смартфона?

На что влияет сопротивление?

Импеданс акустических приборов влияет на ряд таких показателей.

• Чувствительность. Этот параметр определяет наивысший уровень громкости при подаче единицы мощности (1мВт) до тех пор, пока не появятся искажения. Низкое сопротивление дает высокую чувствительность и наоборот.
• Длительность работы. От значения сопротивления зависит и расход электроэнергии. Например, для смартфона оптимальным значением сопротивления является 32 Ом. Если взять уровень в 22 Ом, то батарея телефона будет расходоваться на звук (проигрывание файлов) – заряд кончится быстрее. То есть, чем выше сопротивление, тем дольше хватит энергии.
• Качество звучания. Этот показатель отвечает за такие определения, как объемность, прозрачность, яркость, холодность, естественность и т. д.
• АЧХ/ frequency response (амплитудно-частотная характеристика или частотный отклик системы) акустических приборов.

Кривая импеданса для разных видов устройств

Рассмотрим, какую информацию дает график зависимости частоты в пределах от 20 до 20000 Гц от сопротивления для различных разновидностей устройств.

1. Динамическая полноразмерная гарнитура. Для этого типа техники кривая impedance не прямолинейна, а с небольшими участками подъемов при высоких и низких частотах. Если указывается сопротивление для динамических наушников в 32 Ом, то в реальности на определенных частотах мультиметр может показывать значения вдвое-трое выше.
2. Внутриканальные устройства. Для этой гарнитуры на графике при стандартных значениях (16, 24, 32 Ом) отклонения не выявляются. Кривая импеданса на графике для этого вида наушников – горизонтальная прямая линия.
3. Ортодинамическая и изодинамическая аппаратура (например, HiFiMan, Fostex, Oppo) имеют прямую линию импеданса. Однако некоторые модели в локальных областях при ультравысоких частотах имеют некоторые изменения.
4. Внутриканальная арматурная гарнитура. Для большинства однодрайверных девайсов при высоких частотах график импеданса повышается, поэтому гарнитура дает «чистое звучание» без искажений.
5. Многодрайверные и гибридные наушники. Кривая импеданса в этих наушниках при значениях выше 500 Гц ведет себя непредсказуемо – периодически стремясь вверх или вниз. Просадка реального сопротивления снижается до 4 Ом при заявленных 100-омных на 1 кГц.

Исходя из кривых импеданса, видно, что заявленное значение в гарнитуре отлично от реальных показателей.

Как измерить сопротивление наушников?

Для получения детального графика нужно специализированное ПО и стенд. Но для выяснения величины активного сопротивления (в области самых низких частот) достаточно бюджетного мультиметра, стоимостью от 200 руб.

Вполне нормально при покупке наушников проверить сопротивление правого и левого канала, расхождение не должно превышать 2-3 Ом между каналами в большинстве случаев.

Как не ошибиться

В идеальном случае для подбора сопротивления наушников по сопротивлению к конкретной технике надо знать максимальный уровень напряжения, который возможен на выходе УЗЧ без искажений. Имея в наличии эту информацию, достаточно легко посчитать величины тока и фактическую мощность для наушников с разным сопротивлением.

Но, если нет возможности сделать расчет, то можно запомнить простое решение:

• более низкоомные наушники обеспечат больший уровень громкости при высокой чувствительности (возможны шумы и искажения). Идеальное решение для смартфонов и плееров, где ограничено выходное напряжение УЗЧ.
• высокоомные – будут заметно тише при низкой чувствительности (наводки просто не могут оказать влияние на звучание, их амплитуда слишком мала для этого), но требуют наличия усилителя с большим уровнем выходного напряжения – хорошее решение для стационарной техники.

Тематические материалы: 5 лучших игровых наушников с микрофоном , 5 лучших наушников для игры на гитаре , 5 лучших наушников с костной проводимостью звука , 7 лучших беспроводных накладных наушников , 7 лучших наушников Denon , 8 лучших арматурных наушников , 9 лучших наушников Sennheiser , Как выбрать наушники для прослушивания музыки на телефоне и компьютере , Ремонт наушников своими руками

Совсем немного теории
Если коротко ответить на поставленный вопрос, то ответ бы звучал так: Причина кроется в неодинаковых значениях уровня выходного сигнала на разных устройствах, которые используются для прослушивания музыки с одними и теми же наушниками.

Смартфон, компьютер или топовый кинотеатр – каждый из них на выходе имеет усилитель, задача которого сформировать колебания выходного напряжения звуковой частоты (ЗЧ). Эти колебания напряжения и заставляют динамические головки излучать звуковые волны. Но средний уровень выходного напряжения далеко не одинаков для разных классов устройств. Усилитель ЗЧ (УЗЧ) смартфона выдает в среднем 200 мВ (миллиВольт), а головное устройство Hi-End класса может работать и на единицах Вольт и даже больше! Наушники же, подключенные к выходу УЗЧ, обладают конкретной величиной активного и реактивного сопротивлений для разных частот подаваемого напряжения. Усреднённое значение сумм этих сопротивлений называется импеданс.

Для простоты, и чтобы случайно не перейти к расчету своего УЗЧ с идеальными параметрами, а потом не погрязнуть в согласованиях импеданса, будем считать, что сумма внутренних сопротивлений наушников – константа во всем диапазоне частот. В полном соответствии с законом Ома, на разных устройствах они будут звучать по-разному, ведь на них будут подаваться разные величины напряжения, а импеданс считаем постоянной и неизменной величиной. Это значит, что при таких условиях, через излучатель или динамическую головку будет протекать неодинаковое количество тока, на что наушники отреагируют снижением или увеличением уровня громкости.
Проблема выбора
Среди тысяч моделей разных типов с уникальным сочетанием характеристик легко запутаться, но оставим в стороне всю совокупность их достоинств и недостатков, разделив по группам с учетом только одного параметра – сопротивления. Его величина для изделий колеблется от 8 до 600 Ом, но для примера возьмём самые массовые и доступные – канальные наушники-вкладыши с импедансом от 16 до 64 Ом, ведь поняв главный принцип, вы сможете ориентироваться в выборе этих аксессуаров для любого устройства.
Наушники для смартфона
Мобильный телефон – вещь компактная и нормальным адекватным решением является выбор именно вкладышей, которые занимают меньше места по сравнению со старшими моделями. Но в контексте обзора, правильнее отталкиваться не от их размера. Чтобы сравнить такие параметры как громкость, потребляемую мощность (не последний аргумент для гаджета с аккумулятором), чувствительность – важно знать диапазон значений сопротивления вкладышей, а также уровень напряжения на выходе УЗЧ смартфона. Ни та, ни другая группа характеристик тайной не является:
Среднее значение импеданса для выбранной группы — от 16 до 32 Ом, хотя производятся и модели с сопротивлением 64 Ом;
Рядовой смартфон редко может похвастаться выходным напряжением более чем 200 мВ.

Громкость и мощность
Чтобы оценить степень влияния импеданса на качество ощущений от прослушивания музыки, для начала, посчитаем ток, который будет протекать в излучателе. От его величины зависит громкость звучания, а также потребляемая мощность. Возьмем наиболее распространённые 16 Ом модели и увидим, что:
Если
I(сила тока)= U(напр.)/R(сопротивление)
то для самых рядовых моделей, при максимальном режиме громкости на смартфоне (на выходе 200 мВ) значение тока составит:

I(A)= 0,2В /16Ом = 0.0125 А или 12,5 мА

Но если подключить 32 Ом-ную модель, то тока будет протекать ровно в два раза меньше:

I(A)= 0,2В /32Ом = 0.00625 А или 6,25 мА

Это значит, что наушники с более высоким импедансом будут заметно тише.
Считаем мощность:
W(мощность Вт)=I(сила тока, А)*U(напр. В)

При значении импеданса 16 Ом максимальное потребление составит – 2,5 мВт, а 32 Ом – 1,25 мВт. Для покупателя это значит, что высокоомные наушники будут звучать тише, но более экономно расходовать заряд аккумулятора. Низкоомные же, напротив – гораздо громче, при этом потребляя больше тока они, пусть ненамного, но снижают время автономной работы смартфона.
Чувствительность
Прежде всего, эта характеристика, указывающая, как изменится уровень звукового давления (громкости) при изменении входного сигнала на определённую величину. Чем выше характеристика чувствительности – тем наушники громче звучат. Однако слишком большая чувствительность добавит к музыке собственные шумы усилителя и электрические наводки различной природы.

Понять степень влияния сопротивления на чувствительность немного сложнее – дело в том, что далеко не все производители ставят потребителя в известность о величине чувствительности, а она зависит от импеданса. В лучшем случае, на коробке указана чувствительность вообще без единиц измерения, но иногда указывают дБ/мВт – в этих единицах соотношение на всех частотах будет одинаково. Возможно это и проще для рядового покупателя, только привязка чувствительности к мощности вообще никак не поможет в выборе!

Изменяя громкость регулировками на телефоне или усилителе, Вы не изменяете мощность, а только уровень выходного напряжения. Чтобы вообще иметь возможность оперировать словом «мощность» – нужен потребитель.

В подтверждение этих слов, поставьте мысленный эксперимент – поверните регулировку звука на максимум в усилителе с подключенной акустикой. Увеличилась мощность? Отлично. А теперь отключите провода колонок и крутите регулировки – как меняется мощность? Никак. Сопротивление цепи потребителя стремится к бесконечности. Ток не протекает. Мощности нет. Поэтому, подключая на выход УЗЧ наушники с разным сопротивлением, Вы гарантировано получите несовпадающие величины мощности усилителя.
Это говорит о том, что 16-Ом наушники с чувствительностью 97 dB/мВт, обязанные выдавать на каждый потраченный мВт 97 dB звука, и такой же 32-Ом аксессуар с аналогичной чувствительностью, при подключении к одному источнику совершено точно будут работать с разным фактическим уровнем громкости, выдавая разную мощность.

Таким образом, 32-Омные наушники звучат заметно тише, ведь чтобы обеспечить одинаковый ток при разном сопротивлении нужно приложить разное напряжение, а его на выходе УЗЧ может и не хватить.
Как не ошибиться
В идеальном случае для подбора сопротивления наушников по сопротивлению к конкретной технике надо знать максимальный уровень напряжения, который возможен на выходе УЗЧ без искажений. Имея в наличии эту информацию, достаточно легко посчитать величины тока и фактическую мощность для наушников с разным сопротивлением.
Но, если нет возможности сделать расчет, то можно запомнить простое решение:
более низкоомные наушники обеспечат больший уровень громкости при высокой чувствительности (возможны шумы и искажения). Идеальное решение для смартфонов и плееров, где ограничено выходное напряжение УЗЧ.
высокоомные – будут заметно тише при низкой чувствительности (наводки просто не могут оказать влияние на звучание, их амплитуда слишком мала для этого), но требуют наличия усилителя с большим уровнем выходного напряжения – хорошее решение для стационарной техники.

Что такое импеданс наушников простыми словами

С практической точки зрения импеданс – это полное сопротивление, измеренное на входе гаджета. Такое определение дает Википедия.

У каждого акустического устройства, а также у смартфона, компьютера со встроенными динамиками, домашнего кинотеатра, на выходе есть усилитель. Он формирует колебания выходного напряжения. Они заставляют динамики излучать выходные волны. Для разных видов устройств показатели выходного напряжения различаются. К этой технике подключаются наушники. Для нормальной работы они должны обладать конкретной величиной реактивного и активного сопротивления для различных показателей частот. Импеданс представляет собой усредненный показатель совокупности этих чисел.

Слушает ли человек вокал или инструментальную музыку, использует ли беспроводные модели для спорта, современные наушники подстраиваются под нужную для этого громкость благодаря импедансу. Он влияет на их чувствительность, а значит, и на громкость.

Коэффициент гармонических искажений

Это свойство рассказывает о чистоте и четкости звука в наушниках. Измеряется в процентах. У хорошего устройства коэффициент не превышает 0,5%, аппаратура с высшими показателями уже относится к разряду посредственных.

Акцентируя внимание на этих параметрах, стоит также учесть диапазон частот, на которых производились замеры. Так, для низкочастотных звуков показатель искажений достигает 10%, для высоких (от 100 Гц) — 1% и меньше. Прочитав на упаковке эту характеристику, можно только приблизительно судить о качестве звука, но чтобы точно убедиться в данном параметре, наушники необходимо прослушать.

Кроме того, некачественный (глухой) звук в устройстве может возникнуть в процессе эксплуатации или вследствие поломки. Почему же наушники искажают звук? В большинстве случаев это происходит по причине:

• Плохих контактов провода — эта проблема возникает в джеке наушников, который является самой слабой частью конструкции. Особенно, если регулярно использовать аксессуар в спортивных занятиях и поездках, положив плеер (или другой девайс) в карман. Таким образом на джек, и провода внутри него, приходится большой уровень нагрузки, от чего провод перетирается. Решение проблемы — замена джека или покупка новых наушников.
• Обрыва провода внутри устройства — «загробный» голос из наушников может появиться также в случае разорванного провода, что ведет к динамику. Заметить этот дефект сложно, поскольку кабель у наушников тонкий. Даже прощупав всю его длину, можно не понять, в какой месте разрыв. При ремонте необходимо заменить весь кабель целиком.
• Попадание воды в наушник — гуляя в аксессуаре под дождем или снегом, нужно быть готовым к тому, что влага попадет во внутрь устройства. Если наушники срочно не высушить, вода окислит «внутренности». Просушивать наушники можно возле батареи (сверху класть не рекомендуется) или, оставив на пару часов в банке с рисом, который вытянет влагу.
• Поломки гнезда для подключения аппаратуры — еще одной причиной искажений и плохого звука в наушниках может быть неподходящее гнездо или испорченные в нем контакты. Последнее возникает, если часто дергать джек туда/сюда из гнезда. В случае такой поломки обращаться за помощью нужно в сервисный центр.

Исправлять эти неполадки стоит, если они появились у наушников, что уже были в эксплуатации. Когда же глухой звук, искажение или эффект «трубы» возникают у нового устройства, приобретать такой аксессуар точно не стоит.

Какие бы характеристики не были написаны на упаковке устройства, ориентироваться только по ним в выборе наушников будет неправильно. Любой аксессуар необходимо протестировать на практике. Лучше, если сразу подключить его к телефону или медиаплееру, с которыми наушники будут использоваться. Только так можно купить идеальный вариант, что будет соответствовать всем запросам. Зато, указанные производителем параметры помогут сходу отфильтровать экземпляры, которые нужно сразу же вычеркнуть из списка.