Какое сопротивление должно быть у наушников

Содержание

Типовые кривые импеданса наушников и их взаимодействие с усилителем

Напомним, что типовых кривых полного сопротивления усилителя три вида


нулевое полное выходное сопротивление

постоянное полное выходное сопротивление

нулевое сопротивление в области средних и высоких частот и увеличивающееся в области низких частот

Взаимодействие конкретных наушников типами усилителей показываются в отчетах наушников

Динамические внутриканальные наушники

Как правило, у таких наушников кривая импеданса прямая и АЧХ таких наушников меняется только при подключении к усилителям с нулевым сопротивлением в области средних и высоких частот и повышенным в области низких частот. При подключении к усилителям с постоянным полным выходным сопротивлением или нулевым – АЧХ не меняется. Распространенные номиналы сопротивлений – 16 и 32 Ом.

  • Martin Logan Mikros 70 
  • Sennheiser IE80 
  • Final Audio Design Adagio II Indigo 
  • Creative EP-630

Арматурные внутриканальные наушники однодрайверные

У этого типа наушников кривая импеданса относительно ровная в области низких частот и имеет два подъема, локальный в районе 1-2 кГц и в постепенный подъем в области высоких частот. Благодаря таким подъемам, многие однодрайверные арматурные наушники комфортно звучат в области верхних средних частот и высоких. Лишь при подключении к усилителю с нулевым сопротивлением АЧХ не меняется, для двух оставшихся типов (постоянное не нулевое сопротивление и нулевым сопротивлением в области средних и высоких частот и с повышением в области низких частот) – АЧХ меняется пропорционально кривым импедансов.

  • ULTRASONE Tio
  • Final Audio Design Heaven IV FI-HE4
  • Telefunken TH-120

Арматурные внутриканальные наушники многодрайверные

У этого типа наушников кривая импеданса наушников может быть какой угодно, поэтому лишь при подключении к усилителю с нулевым сопротивлением АЧХ не меняется, для двух оставшихся типов (постоянное не нулевое сопротивление и нулевым сопротивлением в области средних и высоких частот и с повышением в области низких частот) – АЧХ меняется пропорционально кривым импедансов. Этот тип наушников один из самых капризных и наименее предсказуемый для согласования с усилителем, если нет данных измерений.

  • Ultrasone IQ 
  • SONY XBA-4 
  • Westone UM3X RC

Динамические полноразмерные наушники

В большинстве случаев на кривой импеданса есть локальный подъем в области низких частот и подъем на самых высоких частотах. При подключении к усилителю с нулевым сопротивлением АЧХ не меняется, для двух оставшихся типов (постоянное не нулевое сопротивление и нулевым сопротивлением в области средних и высоких частот и с повышением в области низких частот) – АЧХ меняется пропорционально кривым импедансов.

  • Focal Spirit One 
  • Sennheiser HD 700 
  • V-Moda Crossfade LP2 
  • Yamaha HPH-PRO300 
  • Sennheiser Momentum 
  • V-MODA Crossfade M-80 
  • Denon AH-D7100 
  • Beyerdynamic Custome One Pro с регулировкой баса 
  • Sony XB-600 и XB-800 (XB-900) 
  • Sony MDR-1R и MDR-1RBT 
  • Fischer Audio FA-003

Изодинамические полноразмерные наушники

Как правило, у таких наушников кривая импеданса прямая и АЧХ таких наушников меняется только при подключении к усилителям с нулевым сопротивлением в области средних и высоких частот и повышенным в области низких частот. При подключении к усилителям с постоянным полным выходным сопротивлением или нулевым – АЧХ не меняется.

На что влияет сопротивление в наушниках

Сопротивление наушников:

  • определяет максимальную громкость музыки на 100%;
  • влияет на время работы батареи смартфона или плеера, увеличивая или уменьшая скорость разрядки;
  • влияет на качество исходящей музыки, добавляя или устраняя искажения на фоне.

От чего это зависит:

  • наушники с низким сопротивлением от 16 до 32 Ом на максимальной громкости не требуют высокого выходного напряжения, но потребляют больше тока. Это приводит к увеличенному расходу энергии батареи и общему увеличению мощности звука;
  • если сопротивление в наушниках высокое, начиная от 32 Ом, они требуют больше напряжения, потребляют меньше тока, мощность становится ниже – пользователь продлевает время работы устройства при прослушивании музыки, но теряет в громкости;
  • при увеличении сопротивления наушников происходит уменьшение волновых искажений, что позволяет добиться равномерного АЧХ акустики. То есть звук будет лишен сторонних шумов, созданных усилителем. К примеру, чувствительность низкоомных моделей выше, что приводит к нарушению амплитудно-частотных характеристик.

Для наушников разного форм-фактора действует тонкое определение высокого или низкого импеданса:

  • низкоомными считаются вкладыши и затычки со значением сопротивления до 32 Ом. Модели со значением от 32 Ом и выше считаются высокоомными;
  • для наушников полноразмерного или накладного типа действует градация: до 100 Ом – низкоомные, значение выше – высокоомные.

Обратите внимание! Сопротивление наушников указывают при максимальном напряжении, то есть на громкости 100 %. Слушать музыку на всей мощности не рекомендуется из-за опасности повредить органы слуха, что способно привести к полной глухоте

Обзор наушников

Понимание такого технического показателя, как сопротивление поможет упростить выбор подходящих наушников и насладиться качественным звучанием.

  • Bowers&Wilkins P7.1– это низкоомные наушники со стандартным диапазоном звуковых частот. Тщательно продуманные динамики четко передают каждую ноту. Согласно отзывам покупателей, аксессуары имеют только один недостаток – высокую цену. Но высокое качество прибора соответствует своей стоимости. Это идеальные гаджеты для использования вместе с iPhone. Показатели модели: Frequency Response – 10 Hz 20 kHz; Impedance – 22 OHM; SPL – 111 dB (+/- 3 dB).
  • Focal Spirit One – основной конкурент предыдущих аксессуаров. При наличии телефона с малой мощностью потребуется усилитель для громкости. В остальных случаях полностью раскрывает свой потенциал. Характеризуется естественным звучанием, хорошей звукоизоляцией и достаточной чувствительностью. Совместим с плеерами, iPhone. Характеристика прибора: Frequency Response – 40 Hz 15 kHz; Impedance – 36 OHM; SPL – 116 dB (+/- 3 dB).
  • Audio-Technica ATH-CKR10 – акустические девайсы с хорошим диапазоном воспроизведения и достаточным уровнем звукоизоляции. Несмотря на категорию «вкладыши», по некоторым характеристикам они намного превосходят некоторые модели полноразмерных мониторных устройств. На смартфоне желательно слушать через усилитель. Техническая характеристика: Frequency Response – 5 Hz 40 kHz; Impedance составляет 32 OHM; SPL – 102 dB (+/- 3 dB).
  • Beyerdynamic DR 990 Pro – высокоомные акустические устройства, которые подходят скорее для профессионального использования. Имеют превосходное чистое качество звучания. К сожалению, из-за большого значения импеданса они не совместимы с малопортативной техникой, в том числе и с iPhone. Для них требуется отдельный усилитель или аудио-плеер с мощной звуковой картой. Имеет следующие технические показатели: Frequency Response – 5 Hz 35 kHz; Impedance – 250 OHM; SPL – 96 dB (+/- 3 dB).
  • Denon AH-D7100 – низкоомные наушники закрытого типа. С телефона Samsung выдают детальный, четкий, прозрачный звук. В сочетании с гаджетами Apple работает достаточно громко, но для полного раскрытия их возможностей желателен качественный источник с соответствующим усилителем. Характеристика модели: Frequency Response – 100 Hz 10 kHz; Impedance – 30 OHM; SPL – 112 dB (+/- 3 dB).
  • Final Audio Design Adagio II Indigo – портативные внутриканальные устройства с одним драйвером. Легкие ретро-аксессуары предпочитают любители баса. Обладают достаточной громкостью и отлично передают все нюансы музыки в сочетании с телефоном и с iPhone. Если потребуется усилитель громкости, то он нужен не для громкости, а для получения низкого уровня искажений. Аксессуары имеют сопротивление 18 Ом; диапазон воспроизводимых частот: 40 Hz 15 kHz; уровень громкости: 127 dB (+/- 3 dB).
  • Ultrasone IQ – внутриканальные многодрайверные наушники гибридного типа. Они используют два разных типа излучателя (динамический для низкочастотного диапазона и арматурный для высокочастотного). Сочетают в себе достоинства динамических и арматурных акустических устройств. Прекрасно совместим как с iPhone, так и с Android. Характеристика: Frequency Response – 40 Hz 15 kHz; Impedance – 19 OHM; SPL – 129 dB (+/- 3 dB).


О том, как правильно выбрать наушники для плеера, смартфона или ПК, смотрите в следующем видео.

Обобщенный импеданс в s-плоскости и преобразование Лапласа

Импедансы, определённые через комплексную частоту jω{\displaystyle j\omega }, позволяют вычислять частотный отклик некоторой линейной цепи, возбуждаемой гармоническим сигналом, причём только в установившемся режиме. Для расчёта отклика цепи на сигнал, произвольно изменяющийся во времени применяется обобщенный импеданс — функции комплексной переменной s=σ+jω{\displaystyle s=\sigma +j\omega } и отклик цепи во временно́й области вычисляется через обратное преобразование Лапласа, причем в таких вычислениях возбуждающий сигнал fin(t){\displaystyle f_{in}(t)} из временного представления должен быть предварительно преобразован в комплексное представление Ft(s){\displaystyle F_{t}(s)} через прямое преобразование Лапласа:

Ft(s)=∫∞fin(t)e−stdt.{\displaystyle F_{t}(s)=\int _{0}^{\infty }f_{in}(t)e^{-st}\,dt.}

Комплексный отклик системы выражается обычным способом через преобразованное комплексное представление возбуждающего сигнала и комплексную передаточную функцию системы H(s){\displaystyle H(s)}:

Ft,H(s)=H(s) Ft(s).{\displaystyle F_{t,H}(s)=H(s)\ F_{t}(s).}
Двухполюсник Обобщённыйимпеданс
Резистор R{\displaystyle R\,}
Катушкаиндуктивности sL{\displaystyle sL\,}
Конденсатор 1sC{\displaystyle {\frac {1}{sC}}\,}

Комплексная передаточная функция вычисляется обычным методом расчёта электрических цепей, например, по правилам Кирхгофа, в формулы в качестве сопротивлений подставляются обобщённые импедансы. Обобщённые импедансы пассивных двухполюсников приведены в таблице. Например, обобщённый импеданс цепи, состоящей из последовательно включённых резистора и катушки индуктивности будет R+sL{\displaystyle R+sL}.

Отклик цепи во временно́й области вычисляется обратным преобразованием Лапласа:

fF,H(t)=L−1H(s) Ft(s)=12πi∫σ1−j⋅∞σ1+j⋅∞estH(s) Ft(s)ds,{\displaystyle f_{F,H}(t)={\mathcal {L}}^{-1}={\frac {1}{2\pi i}}\int \limits _{\sigma _{1}-j\cdot \infty }^{\sigma _{1}+j\cdot \infty }e^{st}H(s)\ F_{t}(s)\,ds,}
где σ1 {\displaystyle \sigma _{1}\ } — некоторое вещественное число, выбираемое из условий сходимости интеграла.
Пример вычисления временно́го отклика RC-фильтра нижних частот на ступенчатое возмущение

Пассивный RС-фильтр нижних частот 1-го порядка

Простейший фильтр нижних частот 1-го порядка изображён на рисунке и состоит из последовательно соединённых резистора и конденсатора, образующего делитель напряжения для входного сигнала где выходной сигнал снимается с конденсатора, обобщённый комплексный коэффициент передачи HRC(s){\displaystyle H_{RC}(s)} такого делителя:

HRC(s)=1sCR+1sC=1sRC+1=1sT+1,{\displaystyle H_{RC}(s)={\frac {1/sC}{R+1/sC}}={\frac {1}{sRC+1}}={\frac {1}{sT+1}},}
где обозначено T=RC{\displaystyle T=RC} — постоянная времени RС-цепи.

Ступенчатый входной сигнал можно выразить через функцию Хевисайда h(t){\displaystyle h(t)}:

Uin(t)=U h(t),{\displaystyle U_{in}(t)=U_{0}\ h(t),}
где U{\displaystyle U_{0}} — амплитуда ступеньки.

Преобразование Лапласа входного сигнала:

Fin(s)=LU h(t)=∫∞e−stUh(t)dt=Us.{\displaystyle F_{in}(s)={\mathcal {L}}=\int \limits _{0}^{\infty }e^{-st}\,U_{0}\,h(t)\,dt=U_{0}/s.}

Uout(t)=L−1HRC(s) Fin(s)=12πi∫σ1−j⋅∞σ1+j⋅∞est1sT+1⋅Usds=U(1−e−tT).{\displaystyle U_{out}(t)={\mathcal {L}}^{-1}={\frac {1}{2\pi i}}\int \limits _{\sigma _{1}-j\cdot \infty }^{\sigma _{1}+j\cdot \infty }e^{st}{\frac {1}{sT+1}}\cdot {\frac {U_{0}}{s}}\,ds=U_{0}(1-e^{-t/T}).}

Таким образом, получен отклик цепи при нулевом начальном условии (UC={\displaystyle U_{C}=0} при t={\displaystyle t=0}), такой же, как и при применении другого метода расчёта, например, из решения обыкновенного дифференциального уравнения.

Для практического применения расчета цепей (и других расчётов) составлены подробные таблицы прямого и обратного преобразования Лапласа многих часто встречающихся при расчётах функций.

Комбинируя преобразование Лапласа с использованием его свойств и интеграл Дюамеля обычно относительно легко найти отклики во временной области самых различных линейных электрических цепей.

Аналогия с электрическим сопротивлением проводника на примере резистора

Резистор — пассивный элемент, обладающий чисто активным сопротивлением. Реактивная составляющая комплексного сопротивления резистора равна нулю, так как соотношение между напряжением на резисторе и током через него не зависит от частоты тока/напряжения, а так же из-за того, что резистор является пассивным элементом (поскольку не содержит внутренних источников энергии). Если к его концам приложить некоторое напряжение U (подсоединить источник напряжения), то через резистор пойдёт электрический ток I. Если через резистор пропустить электрический ток I (подсоединить источник тока), то между концами резистора возникнет падение напряжения U. Резистор характеризуется электрическим сопротивлением, которое равно отношению напряжения U, к току I (см. закон Ома для участка цепи):

R=UI.{\displaystyle R={\frac {U}{I}}.}

Применение понятия «электрическое сопротивление» к реактивным элементам (катушка индуктивности и конденсатор) при постоянном токе приводит к тому, что:

сопротивление идеальной катушки индуктивности стремится к нулю:

если пропустить через идеальную катушку индуктивности некоторый постоянный ток I, то при любом значении I, падение напряжения на катушке будет нулевым:
U=;{\displaystyle U=0;}
R=UI=I=;{\displaystyle R={\frac {U}{I}}={\frac {0}{I}}=0;}

сопротивление идеального конденсатора стремится к бесконечности:

если приложить к конденсатору некоторое постоянное напряжение U, то при любом значении U, ток через конденсатор будет нулевым:
I=;{\displaystyle I=0;}
R=UI=U=∞.{\displaystyle R={\frac {U}{I}}={\frac {U}{0}}=\infty .}

Это справедливо лишь для постоянного тока и напряжения. В случае же приложения к реактивному элементу переменного тока и напряжения, свойства реактивных элементов существенно иные:

  • напряжение между выводами катушки индуктивности не равно нулю;
  • ток, протекающий через конденсатор, не будет равен нулю.

Такое поведение не может быть описано в терминах активного сопротивления для постоянного тока, поскольку активное сопротивление предполагает постоянное, не зависящее от времени соотношение тока и напряжения, то есть отсутствие фазовых сдвигов между током и напряжением.

Было бы удобно иметь некоторый параметр аналогичный активному сопротивлению и для реактивных элементов, который бы связывал ток и напряжение на них подобно активному сопротивлению в формуле закона Ома для постоянного тока.

Такую характеристику можно ввести, если рассмотреть свойства реактивных элементов при воздействиях на них гармонических сигналов. В этом случае ток и напряжение оказываются связаны некой константой (подобной в некотором смысле активному сопротивлению), которая и получила название «электрический импеданс» (или просто «импеданс»). При рассмотрении импеданса используется комплексное представление гармонических сигналов, поскольку именно в таком представлении одновременно учитывается и амплитудные, и фазовые характеристики гармонических сигналов и откликов систем на гармоническое воздействие.

Reactance Edit

See main article: Electrical reactance

The term reactance refers to the imaginary part of the impedance. Some examples:

A resistor’s impedance is R (its resistance) and its reactance is .

A capacitor’s impedance is j (-1/ωC) and its reactance is -1/ωC.

An inductor’s impedance is j ω L and its reactance is ω L.

It is important to note that the impedance of a capacitor or an inductor is a function of the frequency f and is an imaginary quantity — however is certainly a real physical phenomenon relating the shift in phases between the voltage and current phasors due to the existence of the capacitor or inductor. Earlier it was shown that the impedance of a resistor is constant and real, in other words a resistor does not cause a phase shift between voltage and current as do capacitors and inductors.

When resistors, capacitors, and inductors are combined in an AC circuit, the impedances of the individual components can be combined in the same way that the resistances are combined in a DC circuit. The resulting equivalent impedance is in general, a complex quantity. That is, the equivalent impedance has a real part and an imaginary part. The real part is denoted with an R and the imaginary part is denoted with an X. Thus:

$ Z_\mathrm{eq} = R_\mathrm{eq} + jX_\mathrm{eq} \, $

$ R_\mathrm{eq} $ is termed the resistive part of the impedance while $ X_\mathrm{eq} $ is termed the reactive part of the impedance. It is therefore common to refer to a capacitor or an inductor as a reactance or equivalently, a reactive component (circuit element). Additionally, the impedance for a capacitance is negative imaginary while the impedance for an inductor is positive imaginary. Thus, a capacitive reactance refers to a negative reactance while an inductive reactance refers to a positive reactance.

A reactive component is distinguished by the fact that the sinusoidal voltage across the component is in quadrature with the sinusoidal current through the component. This implies that the component alternately absorbs energy from the circuit and then returns energy to the circuit. That is, unlike a resistance, a reactance does not dissipate power.

It is instructive to determine the value of the capacitive reactance at the frequency extremes. As the frequency approaches zero, the capacitive reactance grows without bound so that a capacitor approaches an open circuit for very low frequency sinusoidal sources. As the frequency increases, the capacitive reactance approaches zero so that a capacitor approaches a short circuit for very high frequency sinusoidal sources.

Conversely, the inductive reactance approaches zero as the frequency approaches zero so that an inductor approaches a short circuit for very low frequency sinusoidal sources. As the frequency increases, the inductive reactance increases so that an inductor approaches an open circuit for very high frequency sinusoidal sources.

4. Диапазон воспроизводимых частот наушников

Диапазон воспроизводимых частот наушников – это те самые 20 Гц – 20000 Гц и тому подобные цифры на коробках наушников. Означают, естественно, диапазон воспроизводимых частот. Стоит сразу отметить, человеческое ухо слышит как раз стандартный частотный диапазон: 20 Гц – 20000 Гц. Но не среднестатистическое. А идеальное.

С возрастом, от шума города, от использования наушников и прочего мы начинаем слышать хуже. И чем дальше, тем серьёзнее. При этом, чаще всего страдает именно верхняя граница. Низкие мы почти всегда слышим хорошо.

Вообще, диапазон частот не несёт практически никакой информации о звуке наушников. И уж точно на его основе нет возможности сравнить разные модели. Как минимум, если он обозначен без отклонений, то есть в указанном выше виде: 20 Гц – 20 кГц (минимальная и максимальная воспроизводимая частота, соответственно). Но тут непонятно, в каких границах отклонений измерен этот диапазон.

К примеру, если указано так: 20 Гц – 20 Кгц +- 6 дБ – это уже что-то. Это значит, что кривая АЧХ наушников находится в рамках плюс минус 6 дБ (по вертикальной оси на графике АЧХ) в диапазоне 20 Гц – 20000 Гц. Как минимум понятно, что нет сильных пиков и впадин на всём диапазоне частот. Вот пример частотного диапазона:

К сожалению, диапазон с отклонениями производители указывают редко. И только в «топовых» моделях. Это из-за того, что нет общих стандартов ни для измерений, ни для указаний. По большому счёту, производитель не обязан указывать никаких характеристик (как делают те же Beats), а то что указывается во многом продиктовано модой, тем, что интересует покупателя, что на слуху.

Диапазон частот наушников какой лучше?

Как упоминал выше, качество звука наушников не зависит от диапазона воспроизводимых частот. Достаточно того, чтобы он покрывал тот самый слышимый диапазон: 20 Гц – 20 кГц. Но встречаются и расширенные динамические диапазоны, типа 5 Гц – 25000 Гц. Что это значит?

А зачем тогда это указывает производитель? Маркетинговый ход? С одной стороны – да. Но с другой стороны, это значит, что окончательные спады АЧХ начинаются только у этих дальних границ, а не раньше. В этом есть некий смысл:

  • Если диапазон начинается очень низко (5-10 кГц), возможно, в данных наушниках есть приятный и качественный саб-бас.
  • Расширенная верхняя граница диапазона имеет смысл для беспроводных наушников. Если коротко, то в верхней, не слышимой нами, части диапазона можно «скрыть» шум кодеков – искажения, связанные с запаковкой-распаковкой сигнала при беспроводной передаче данных.
  • ТОП-10: Лучших проводных наушников
  • ТОП-10: Лучших Bluetooth наушников (до 200$)

1. АЧХ наушников

АЧХ наушников – амплитудно-частотная характеристика. Её не упоминают на коробках, но именно с неё стоит начинать. Если «по-простому» – это график зависимости громкости от частоты. На графике ниже расписано, какие частоты относятся к басу, середине и так далее. А зелёная линия сверху – это и есть АЧХ.

АЧХ показывает тональный баланс наушников, будут ли они «тёмными» (с акцентом на НЧ и нижнюю середину, с спадом на ВЧ), «светлыми» (наоборот – ВЧ без спада, подъёмы на верхней середине), а то и «яркими» (подъём на верхней середине и, может быть, подъём на высоких).


Именно из АЧХ берётся частотная характеристика наушников, по которой так любят определять качество наушников. Границы диапазона частот – это окончательные спады АЧХ по обеим сторонам.

Sennheiser HD 800s АЧХ

Если не ударяться в психоакустику (хотя для достоверности надо бы, ведь восприятие звука у всех разное: кому-то одни и те же наушники кажутся яркими, а кому-то – вполне приятными, но это отдельная огромная тема), то можно представить процесс выбора наушников с помощью АЧХ так.

Как выбрать наушники по характеристикам АЧХ

  • Выбираете некий круг наушников, которые вам интересны (по отзывам, описаниям, бюджету и прочему), к примеру из лучших мониторных моделей.
  • Определяетесь, какой звук хотите получить, какой почерк больше нравится. Басовый, для вокала, для классики и так далее.
  • И, наконец, смотрите на АЧХ. Нужны басовые – ищите с подъёмом на мидбасе и поздним спадом на нижнем басе. Нужны наушники для вокала, смотрите середину: чтоб была без больших подъёмов и провалов. Любите высокие – смотрите на поздний спад на верхах и более-менее ровный участок в том диапазоне. И так далее по вкусам.

Sennheiser HD 800s

Стоит отметить два нюанса:

  1. Резкие и узкие (по горизонтальной оси) пики могут быть дефектом измерительного стенда, они редко означают реальные перепады. Это касается именно очень узких пиков и спадов.
  2. На самых высоких частотах АЧХ всегда волнистая. Это нормально, зависит от особенностей стенда. По большому счёту, от посадки наушников она меняется примерно так же. Главное, чтоб не было широких «впадин» или «холмов».

Meze 12 Classics. График АЧХ есть в прилагаемой документации

А где вообще найти АЧХ наушников, если, как упомянуто выше, на коробке её чаще всего нет? Вообще, иногда есть. Иногда может быть в документации внутри коробки. Или на сайте производителя. Но зачастую (особенно для неаудиофильских моделей) производитель не делится АЧХ.

Зато многие ресурсы, занимающиеся тестами и обзорами наушников, имеют свои измерительные стенды, и выкладывают АЧХ для проверенных моделей. У нас в рейтингах и обзорах тоже можно найти АЧХ для интересующих наушников. Мы перелопатили интернет за вас.

  • ТОП-10: Лучшие наушники для компьютера
  • ТОП-5: Лучших наушников для ноутбука

Последовательное соединение

При последовательном соединении, согласно Закону Ома для переменного тока, во всех элементах цепи ток будет общим I = U/Z, а значения напряжений на каждом элементе определятся пропорционально его сопротивлению: на выводах резистора UR = IR; на выводах конденсатора UC = IXC; на выводах катушки UL = IXL.

Векторы индуктивной и ёмкостной составляющих напряжения направлены в противоположные стороны. С учётом отрицательного ёмкостного сдвига, общее напряжение на реактивных элементах UX = UL — UC . Пропорционально напряжению, получим общее реактивное сопротивление X = XL — XC . Векторы напряжений на активной и реактивной составляющей импеданса имеют угол сдвига фаз 90 градусов.U , UR и UX представим в виде прямоугольного треугольника напряжений с углом сдвига фаз φ.

Тогда получим соотношение, согласно Теореме Пифагора, U ² = UR² + UX² . Следовательно, с учётом пропорциональности элементов R, L, C значениям напряжений на их выводах, определим импеданс, который будет равен квадратному корню из суммы квадратов активного и реактивного сопротивлений цепи.

XL = ωL = 2πfL — реактивное сопротивление индуктивности.XC = 1/(ωC) = 1/(2πfC) — реактивное сопротивление ёмкости.

Угол сдвига фаз φ и его дополнение до 90° δ определятся тригонометрическими функциями из треугольника сопротивлений с катетами R, X и гипотенузой Z, как показано на рисунке:

Обычно, для облегчения расчётов, импеданс представляют в виде комплексного числа, где действительной его частью является активное сопротивление, а мнимой — реактивное. Для последовательного соединения импеданс можно записать в комплексном виде следующим образом:

Z = R + jX

Тогда в тригонометрической интерпретации модулем этого числа будет импеданс, а аргументом — угол φ. В соответствии с формулой Эйлера, запишем показательную форму комплексного импеданса:

Z = |Z|ejargZ = Zejφ

Отсюда активная составляющая импеданса R = Zcosφ Реактивная составляющая X = Zsinφ.

Definition of electrical impedance Edit

The impedance of a circuit element is defined as the ratio of the phasor voltage across the element to the phasor current through the element:

$ Z_\mathrm{R} = \frac{V_\mathrm{r}}{I_\mathrm{r}} $

It should be noted that although Z is the ratio of two phasors, Z is not itself a phasor. That is, Z is not associated with some sinusoidal function of time.

For DC circuits, the resistance is defined by Ohm’s law to be the ratio of the DC voltage across the resistor to the DC current through the resistor:

$ R = \frac{V_\mathrm{R}}{I_\mathrm{R}} $

where the $ V_\mathrm{R} $ and $ I_\mathrm{R} $ above are DC (constant real) values.

Чувствительность

Все кто пользуется наушниками, сталкивались с явлением разная громкость гарнитур при том, что они подключаются к одному устройству, поставленному на фиксированную громкость. Именно поэтому чувствительность считается заумным параметром и требует определённых познаний в радиотехнике, но попробуем объСнить простыми словами.

Многие пользователи считают, что громкость зависит от мощности, но это неверно, наушники это не усилитель. На громкость влияет чувствительность наушников, и она напрямую зависит от формы размеров мембраны – большие выдают большую громкость.

Чувствительность это соотношение звука в дБ и мощности в мВт. Отдельные производители указывают чувствительность не в мощности, а в дБ/мВ и это вариант наиболее удобен и правилен — показывает зависимость громкости от подаваемого напряжения, а изменение громкости это и есть изменение подаваемого напряжения.


А теперь вернемся к первоначальному вопросу о разной громкости гарниры при использовании на одном устройстве и одинаковом звуке. Например, мы подключили к плееру наушники чувствительностью 90 дБ и выставили звук на определенную громкость, далее подключили другую гарнитуру чувствительностью 96 дБ и они играют громче. Это связано с тем, что при одинаковом сопротивлении обеих устройств для изменения уровня громкости на 6 дБ необходимо увеличить напряжение в два раза.

Можно найти модели с чувствительностью в диапазоне 90-120 дБ, но у большинства имеющихся в продаже гарнитур она варьируется в более узких пределах 95-105 дБ. Чем выше чувствительность, тем громче играют наушники и тем меньшая нагрузка ложится на усилитель воспроизводящего устройства.

Кроме того параметр напрямую связан с сопротивлением (импедансом). Можно приобрести гарнитуру с высокой чувствительностью и низким сопротивлением – вы получите громкий звук, посторонние шумы и помехи в придачу. Поэтому рекомендуется выбирать максимально высокие показатели в обоих параметрах, если речь о полноразмерных наушниках, а для внутриканальных моделей достаточно средних показателей — расположены непосредственно в ушном канале, имеют маленький размер динамика и высокая громкость от них не требуется.

Как подобрать наушники, учитывая их сопротивление

Чтобы разобраться, как выбирать наушники на основе импеданса, обратите внимание на выходное напряжение устройства для прослушивания музыки. У телефона этот показатель находится в пределах 150–300 мВ, чего хватает для раскачки модели с сопротивлением до 100 Ом

Подключать к смартфону или плееру модель с большим импедансом бессмысленно. Исключением выступает наличие внешнего усилителя, способного увеличить напряжение.

Для компьютера распространяется аналогичное правило: нужно знать выходное напряжение на порте наушников или акустического оборудования, подключенного к ПК. Лучше, если на стационарной системе установлена отдельная звуковая карта: она выдаст большее напряжение, нежели интегрированный аналог.

Формула акустического импеданса

Формула акустического импеданса достаточно проста, и должно быть известна всем музыкантам и даже многим школьникам из школьного курса физики – Za = Ra+iXa.

Разберем подробно вышеуказанную формулу.

Под буквой i понимается так называемая «мнимая единица», под которой в своею очередь понимается особое число, относящееся к виду комплексных чисел, квадрат которого неизменно составляет значение -1.

Под Xa понимается так называемая мнимая составляющая, то что чаще именуют реактивной формой звукового сопротивления, которое в значительной мере определяется теми же явлениями перехода энергии из неупорядоченных в упорядоченные процессы в звуковой системе, что является прямым следствием обладания этой системой различных инерционных сил и сил упругости.

Исходя из всего вышесказанного, специалистами проводится деление видов реактивного сопротивления на инерционное и упругое.

Если взглянуть на международную систему измерений, так называемую систему СИ, единицей данной величины является величина равная одному Ньютону умноженному на секунду разделенное на сантиметр в пятой степени.

В данной системе формула высчитывания единицы акустического импеданса практически идентична способу высчитывания в системе СИ, только вместо Ньютона использовалась «Дина», совершенно особая единица, равная величине силы, сообщаемой телу, имеющему массу в один грамм скорость в один сантиметр в секунду. Самым старым значением и синонимом понятия акустический импеданс является «акустический ом».


С этим читают