На что влияет сопротивление наушников. Что такое импенданс наушников

После интервью наибольшее количество вопросов было связано характеристикой сопротивления наушников. Рассмотрим, на что влияет характеристика и с чем ее едят. Для лучшего усвоения материала мы будем последовательно выпускать материалы, собирать вопросы и комментарии и двигаться дальше.

Прежде чем разобрать, на что и как влияет сопротивление наушников, разберемся, что это за заморская птица такая. И готовимся к тому, что здесь будут аж две формулы из стандартного школьного курса физики. Т.е. материал сложный и тяжелый.

Сопротивление наушников часто называют как импеданс или полным сопротивлением наушников .

С точки зрения терминов, где под сопротивлением подразумевается только активная (резистивная) часть, под импедансом (полным сопротивлением) подразумевается совокупность активного и реактивного сопротивления. Вспоминая школьный курс физики, мы знаем, что к реактивному сопротивлению относится емкость и индуктивность.

Конечное сопротивление наушников зависит от того, на какой частоте измерено сопротивление. На коробках часто приводят только активное сопротивление или изредка значение, полученное на частоте 1 кГц. К сожалению, редко указывают сопроводительные параметры и можно только гадать, какое значение импеданса у наушников на самом деле.

Если речь идет о динамических наушниках, то значения в виде 16, 24, 32 Ом и т.п. означают сопротивление лишь катушки индуктивности динамика и не учитывают сопротивление провода, пайки контактов и штекера. В реальности сопротивление наушников обычно на 1-3 Ом выше и немного различается между правым и левым каналом. Наиболее добросовестные производители честно указывают, что точность указанного сопротивления составляет 20 или 30% и это нормально (бурно возражает на это только маркетолог, никакие погрешности на коробке приводить нельзя – «правда» убивает продажи).

Низкоомные и высокоомные наушники

Наушники принято делить на низкоомные и высокоомные. Для внутриканальных и полноразмерных наушников граница разделения разная.

Для полноразмерных: никзкоомные наушники обладают сопротивление менее 100 Ом, а высокоомные выше 100 Ом.

Для внутриканальных: низкоомные не выше 32 Ом, выше 32 Ом – высокоомные.

Какой вид импеданса у разных наушников?

Внутриканальные наушники

Большинство внутриканальных динамических наушников обладают ровной кривой импеданса и значение в 16, 24 или 32 Ом не имеют отклонений для частот от 20 до 20 кГц.

На графике по горизонтали указаны частоты, от 20 Гц до 20 кГц. По вертикали – сопротивление (в логарифмическом масштабе).

Полноразмерные динамические наушники

У полноразмерных динамических наушников довольно часто можно встретить неравномерную кривую импеданса, с локальным подъемов в области низких частот и небольшим подъемом в области высоких частот.

Сопротивление может быть равно 32 Ом без учета реактивной части (условно, это 0 Гц, измеряется любым универсальным мультиметром), но на практике может быть вдвое выше на определенных частотах.

Неравномерность (подъемы) могут указывать как на резонансы, так и на конструктивные особенности излучателя в данном корпусе наушников. Так, при измерении сопротивления, частота и величина подъема может сильно меняться от того, лежат наушники свободно на столе, или одеты на манекен (в этом случае внутреннее пространство наушников задемпфировано).

У некоторых динамических наушников нет заметных резонансов или отклонений. Такая линия условна идеальна, но подбирать наушники таким путем не рекомендуется. В погоне за улучшением одной характеристики, приходится жертвовать другой.
Среди наушников топ-класса можно встретить кривые импеданса как с минимальными отклонениями, так и со значительными. Если у наушников виден узкополосной подъем (на графике выше это Grado GS1000), то усилитель стоит подбирать с низким выходным сопротивлением для лучшего контроля низких частот (как к слову сделано у фирменного усилителя Grado RA1).

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Помимо динамических излучателей широкое распространение сейчас получает изодинамический тип излучателя (и его схожий тип - ортодинамический). У таких наушников всегда прямая линия импеданса. Изодинамические наушники сейчас выпускают: Abyss , Audez"e , HiFiMan, Oppo, Fostex. В советское время были наушники ТДС-5/м, ТДС-7, ТДС-15, ТДС-16 и ТДС-25. Сегодня для моделей ТДС-7 и ТДС-15 чаще всего делают моддинг.

Формально, это идеальная нагрузка для усилителя, однако в области ультравысоких частот (мегагерцы и гигагерцы) у некоторых моделей сопротивление снижается и стремится к нулю. Такое коварство на стандартном графике не увидеть и с некоторыми усилителями это может привести к некачественному режиму работы.

Внутриканальные арматурные наушники

Едва предсказуемо выглядит импеданс у внутриканальных наушников с арматурным излучателем . Для однодрайверных моделей есть общая черта - всегда существует локальный подъем в области верхних средних частот (в районе 1-3 кГц) и в области самых высоких частот. Благодаря подъему в области высоких частот, большинство однодрайверных арматурных моделей «звучат чисто» в области высоких частот, т.к. в этой области частот усилитель дает меньше искажений.

В низкочастотной области обычно типовое сопротивление в виде 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц начинаются подъемы.
В случае, если указано сопротивление в 100 Ом на 1 кГц – то это не означает, что наушники высокоомные, их сопротивление может быть и всего 16 Ом по показаниям мультиметра (в области низких частот).

Гибридные и многодрайверные наушники

Нельзя предугадать кривую импеданса для многодрайверных и гибридных внутриканальных наушников . Кривая импеданса может быть какой угодно выше 500 Гц. Просадка сопротивления может спокойно доходить до 4 Ом при заявленных 100 Ом на 1 кГц.

Общие выводы

• Сопротивление в реальности будет как на коробке , если наушники: Внутриканальные динамические или изодинамические
• Сопротивление в реальности будет как на коробке и обладать неизвестными подъемами , если наушники: Динамические накладные и полноразмерные
• Сопротивление в реальности НЕ будет как на коробке , если наушники: арматурные или гибридные

Зачем собственно это все знать? Иногда производители усилителей и плееров указывают, какое сопротивление наушников будет совместимо и на эту информацию полезно ориентироваться.

Если надо узнать реальное сопротивление у арматурных или гибридных наушников, то можно попробовать поискать результаты измерений в интернет. Методы измерения импеданса обычно дают единый результат и не зависят от ПО со стендом или измерительного комплекса.

На что влияет импеданс наушников?

Чувствительность наушников

Чувствительность наушников обычно приводится к мощности, что учитывает сразу две характеристики: подаваемое на наушники напряжение и ток. Это удобная конечная характеристика для теоретиков и крайне запутанная для практического применения конечными потребителями.
Для обычного потребителя логично представлять, что «чувствительность = громкость». С колонками это работает, т.к. всегда значение указывается сопротивлением колонки в виде 4 или 8 Ом, и аналогично указывается мощность усилителя. Запутаться сложно.

Но если для колонок всего два типовых сопротивлений в 4 и 8 Ом и у каждого усилителя приводится мощность под два типа сопротивления, то у наушников порядка 11 сопротивлений: 8,16,24,32,64,128,256,320, 608 и т.п.

В итоге потребитель берет в руки наушники с разным сопротивлением и наивно полагает, что по чувствительности он может что-то сравнить.

Чтобы связь «чувствительность = громкость» была применима к наушникам, чувствительность необходимо выражать к напряжению, а не мощности (как это делает Sennheiser). Но большинство производителей вообще не указывают , в каких единицах чувствительность приводится.

Именно по этому «все знают» - что высокоомные наушники тихие, а низкоомные наушники - громкие. И наивно полагают, что для высоомных наушников нужен «мощный усилитель», а для низкоомных наушников хватит и вшивого смартфона. И хотя на деле все совсем не так, из-за крайне неудачных терминов из стандартов ГОСТ и AES сформировались отдельные «понятия», противоречащие законам физики, но на простонародном языке достаточно точно описывающими результат, вроде: «Для высокоомных наушников нужен мощный усилитель». Физически безграмотно, зато «всё всем понятно».

Затронем эту тему глубже (осторожно, переходим к формулам из школы, начинаем напрягать мозг !)

На выходе усилителя мы напрямую регулируем вовсе не мощность, а лишь уровень напряжения. В зависимости от сопротивления наушников получается уровень тока, потребляемый наушниками, что в свою очередь определяет итоговый уровень мощности.

Это очень важно понимать, т.к. не изменяя уровень напряжения на выходе усилителя, мы никак физически не можем отдельно увеличить уровень тока и тем самым увеличить уровень мощности.

U=I*R , где

I – сила тока, А
R – сопротивление наушников, Ом

W=I*U , где
W – мощность на выходе усилителя, Вт
U – напряжение на выходе усилителя, В
I – сила тока, А

Импеданс наушников описывает сопротивление наушников в зависимости от частоты. В отличие от резистора, наушники могут иметь разный вид кривой импеданса.

Импеданс и чувствительность наушников

Косвенно импеданс влияет на чувствительность наушников (к напряжению), чем сопротивление у наушников ниже, тем чаще чувствительность (к напряжению) выше для наушников данного форм-фактора (по размеру диаметра мембраны динамика). У высокоомных наушников как правило чувствительность ниже.

Зависимость чувствительности к напряжению обусловлена уровнем тока, протекающего через катушку индуктивности, чем сопротивление меньше, тем выше ток. При ориентире на "громкость" от свободно выбранного источника стоит обращать внимание на более высокую чувствительность к напряжению и меньшему сопротивлению.

При выражении чувствительности к мощности, сопротивление не оказывает на численную величину чувствительности никакого влияния, а величина чувствительности к мощности между различными наушниками демонстрирует в основном общую эффективность системы (влияние массы диффузора, мощность магнитной системы и т.п.)

Низкоомные наушники и портативные источники

Низкоомные наушники, как правило, требуют высокого уровня тока от усилителя при низком напряжении, в то время как высокоомные наушники требуют высокого напряжения при низком уровне тока, что рушит некоторые стереотипы о том, что чем ниже сопротивление наушников, тем это лучше для портативных устройств. На самом деле низкоомные наушники как правило играют громче, но в противовес гораздо быстрее разряжают батарею устройства из-за повышенного потребления тока. Второй неприятной особенностью для низкоомных наушников и большого потребления тока является более тяжелый режим для усилителя, которые при большой отдаче тока усиливает сигнал с большим уровнем искажений.

Таким образом, если портативный источник обладает низким выходным напряжением, то высокоомные наушники будут тихо играть, но если выходное напряжение у источника около 1 В и выше, то разумнее использовать наушники от 32 Ом и выше, это даст и больше качества и батарея устройства будет разряжаться медленнее.

Если сопротивление у наушников низкоомное, то при выборе усилителя надо обращать внимание на то, спроектирован ли усилитель для работы непосредственно с низкоомной нагрузкой. Телефоны и недорогие плееры как правило работают с минимальными искажениями с нагрузками от 100 Ом и при этом имеют не высокое максимальное выходное напряжение, из-за чего низкоомные наушники звучат с искажениями, а высокоомные недостаточно громко.

Низкоомные наушники как правило самые высокочувствительные и это порой приводит к проблеме "фоновых шумов", когда в паузах отчетливо слышно все шумы источника. В случае использования усилителя с большим уровнем сигнала в его номинальном режиме работы наушники с более высоким сопротивлением будут более удачны.

Зависимость АЧХ наушников от импеданса

Чем больше сопротивление наушников и меньше полное выходное сопротивлении усилителя, тем АЧХ наушников будет меньше изменяться. Также верно и то, что чем меньше диапазон изменения кривой импеданса по сопротивлению, тем также будет меньше изменений в АЧХ.

Другими словами, если сопротивление у усилителя нулевое, а наушники высокоомные, то АЧХ останется неизменной. Если сопротивление усилителя будет высоким, а сопротивление у наушников низким, то АЧХ будет изменена близко к пропорциям кривой импеданса наушников. Если импеданс наушников и полное выходное сопротивление представляют собой прямые, то АЧХ не изменится.

Типовые кривые импеданса наушников и их взаимодействие с усилителем

Напомним, что типовых кривых полного сопротивления усилителя три вида

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.

Примеры

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.

Примеры

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.

Примеры

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.

Примеры

• Часто можно встретить утверждение, что при равном значении сопротивления наушников и усилителя будет самое лучшее сочетание, т.к. в этом случае усилитель будет способен отдать наибольший уровень мощности. С математической точки зрения в ряде случаев так оно и будет, но на практике это не более чем миф, т.к:
  

  • очень часто у усилителей при сопротивлении меньше 100 Ом существует ограничение тока для нагрузки ниже 100 Ом и соответственно при равном сопротивлении уже максимальной мощности может не быть
  • качество звучание никак не связано с одинаковостью сопротивления наушников и усилителя
  • более низкое сопротивление усилителя обеспечивает потенциально большее демпфирование
  • более низкое сопротивление усилителя меньше влияет на итоговую АЧХ
  • более высокое сопротивление обеспечивает потенциально более низкие искажения, за счет меньшей зависимости от температуры катушки индуктивности наушников (главное преимущество токовых усилителей)

  Как измеряется импеданс

  Для измерения импеданса сигнал подается цепочку из одного канала наушников и дополнительный резистор, где уровень сигнала оценивается в двух точках схемы. По разнице амплитуд сигнала при известном сопротивлении резистора определяется сопротивление наушников на заданной частоте.

  
  

  Нашли опечатку в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter . Это не требует регистрации. Спасибо.

  С бурным развитием информационных и коммуникационных технологий все чаще можно увидеть человека с наушниками в метро, на улице, дома. Если изначально они использовались для радиосвязи, то впоследствии аудиодевайс стал массовым средством потребления информации. Чтобы выбрать наиболее подходящую гарнитуру для своего смартфона или планшета, пользователю нужно разбираться в основных характеристиках устройства. Прежде чем рассмотреть, на что и каким образом влияет сопротивление в наушниках, разберемся, что такое импеданс. Зная эту информацию, можно продлить эксплуатационный срок техники.

  Импеданс в наушниках дает сопротивление на входе . От этой характеристики зависят эксплуатационные и технические свойства портативных приборов для прослушивания звука. Чтобы узнать, сколько техника требует количества энергии для обеспечения хорошего звучания, в паспорте портативных девайсов указывается этот параметр.

  Единица измерения электрического сопротивления проводящего элемента – Ом.

  Для карманных аудиоплееров, современных смартфонов подходят наушники с номинальным сопротивлением 16-40 Ом. Такая величина обеспечивает высокое звучание устройства при низком уровне подачи исходящих сигналов. При подсоединении к гарнитуре со стандартными звуковыми картами с применением специальных усилителей выбирают аудиодевайс с высокими параметрами импеданса – 120-150 Ом. Приборы с высокоомным электрическим сопротивлением подходят профессионалам, которые работают на специальном оборудовании, имеющим повышенный уровень исходящего напряжения.

  Разновидности аппаратуры в зависимости от значений сопротивления

  На рынке мультимедийной аппаратуры производители предлагают широкий ассортимент различных устройств с различными техническими характеристиками: чувствительность, impedance, частотный диапазон. Исходя из того, какое наушники дают сопротивление, различают две разновидности аппаратуры: высокоомные и низкоомные приборы. Для полноразмерных и внутриканальных гарнитур параметры границ разделения различные.

  1. Низкоомная гарнитура – устройства, импеданс которых для внутриканальных приборов не больше 32 Ом, для полноразмерных – не больше 100 Ом.
  2. Высокоомные приборы – impedance которых для внутриканальных устройств более 32 Ом. Для полноразмерных значение должно быть более 100 Ом.

  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.

  
  

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

  Оптимальные значения импеданса для использования с различными устройствами

  Чтобы приобрести приборы с хорошим диапазоном звукового воспроизведения, необходимо учитывать значения сопротивления. Чувствительность приборов с большим сопротивлением меньше, чем у низкоомных моделей. Поэтому время автономной работы технических устройств при использовании наушников с разным импедансом не совпадает. Рассмотрим оптимальные значения уровня потребляемого электрического напряжения для различных аппаратов.

  1. Смартфон. Номинальное сопротивление для лучшего звучания наушников подойдет низкоомное (например, 22 Ом). В данном случае устройства, помимо хорошего звука, будут потреблять и больше тока. Чтобы на смартфоне музыку можно было воспроизводить дольше, выбирают 32-омную модель. При использовании устройств с iPhone подойдут модели со стандартными частотными звуковыми диапазонами в 22-32 Ом. Наушники-мониторы нецелесообразно применять без вспомогательных аксессуаров: портативного усилителя, аудиоплеера с мощной звуковой картой.
  2. Плеер. Наиболее оптимальное сопротивление наушников для стандартного устройства – 16 Ом. Если аудиоплееры имеют более мощный выход (Hidisz или iHiFi), который обеспечивает уровень по электрическому напряжению больше 200 мВ, выбирают менее чувствительные устройства с импедансом в 32 Ом. Такие приборы уменьшают потребление тока и увеличивают время автономной работы.

  

  При выборе прослушивающей техники учитывают следующие моменты:

  • в реальности однодрайверные арматурные девайсы (Grado GR10, различные модели Klipsh, Etymotic) имеют среднее сопротивление выше, поэтому с ними аудиоплееры и смартфоны работают продолжительное время без подзарядки ;
  • многодрайверная динамическая и арматурная техника обладает меньшим средним сопротивлением, поэтому смартфоны или плеера функционируют без подзарядки мало времени.

  Портативный усилитель для оптимального звучания

  Высокоомные наушники используют не только профессиональные музыканты, но и простые меломаны. Чтобы музыка прослушивалась с достаточной громкостью, нужно согласовать мощность динамиков с устройством. В этом случае воспроизводятся абсолютно все частоты, а звучание – качественное. Решить эту проблему помогает портативный усилитель для наушников — он обеспечивает высокую точность воспроизведения звука.

  Принцип работы усилителя следующий: благодаря высокому значению импеданса в наушниках устройство отдает меньше тока, что предотвращает частотные искажения отдельных каскадов. Высокоомная гарнитура имеет равномерные амплитудно-частотные характеристики за счет использования усилителя.

  Во избежание ухудшения качества работы наушников и их быстрого изнашивания при покупке техники обращают внимание на импеданс. Какой лучше – зависит от устройств, с которыми они будут взаимодействовать. Этот параметр должен соответствовать модели аудиотехники и прослушивающему устройству. Сопротивление для различных разновидностей наушников влияет на качество звука и обеспечение стабильной работы аудиоустройства.

  Не каждый знает, что импеданс наушников представляет собой сопротивление при входе .

  Как раз от этого параметра будут варьироваться прочие технические характеристики. Нужно смотреть на значение импеданса, поскольку более низкий, который равняется менее, чем 25 Ом, не нуждается в большом объеме энергии. Получается, чтобы высокое качество воспроизводилось на ура, не потребуется слишком много энергетических затрат. Подобное приспособление прекрасно подойдёт для мобильников или же плееров. Понятно, если использовать более мощные наушники, то им потребуется гораздо больше энергии. Импеданс подобных изделий превышает 25 Ом. Следует отметить, что данное сопротивление способно наилучшим образом защитить от перегрузок. Если сопротивление превышает 25 Ом, то спектр устройств, с которыми можно применять наушники, особенно возрастает.

  Для наушников, которыми пользуются ди-джеи, требуется применять более мощные модели с высоким сопротивлением. Если же рассматривать приспособления с низким импедансом, то важно отметить, что они более восприимчивы к повреждениям, особенно, если применяются мощные усилители.

  Каким должен быть импеданс?

  При подборе наушников весьма важно учитывать, какие именно приборы будут применяться. К примеру, если это ноутбук, то сопротивление будет достаточным в 16 или 20 Ом, а чувствительность может равняться 100. Если же речь идёт об европейских стандартах, то предпочтительнее не брать приспособления с мощностью больше 16 Ом. В любом случае в инструкции, которая прилагается к технике, указываются данные о том, какие именно наушники, которые подойдут лучше всего. Если не учитывать импеданс, то это может привести к печальным последствиям, поломке устройств. Каждая модель может иметь свои особенности, различные объёмы потребляемой энергии.

  Чрезмерно важно учитывать, что любая из моделей наушников изготовляется со своими особенностями . Ведь модель должна быть подстроена под конкретные нагрузки, конкретные объёмы энергии . Таким образом, можно обеспечить безопасное использование изделий, потому не придётся беспокоиться об этом. Более того, в интересах обладателей наушников будет продлить их срок работы, потому также следует учитывать импеданс. С течением времени возникали разнообразные потребности в тех или иных наушниках. Было время, когда требовался высокий импеданс, но с 2009 года популярностью стали пользоваться модели с низким импедансом. Дело в том, что в больших объёмах выпускались плееры айпод, потому и нужны были подобные наушники. На сегодняшний день рынок может предложить огромный выбор моделей, среди которых можно отыскать приспособления с разными характеристиками.

  Следует сделать вывод о том, что импеданс является значимой характеристикой, на которую следует смотреть при приобретении. Помните о том, что важно учитывать для использования какой именно техники приобретаются наушники. От этого и будет зависеть импеданс, поскольку разные приспособления могут порадовать большим или меньшим качеством звучания. Правильно подобранная модель обеспечить длительный срок работы.