Что такое сопротивление наушников и на что оно влияет

Сопротивление наушников
Если вы хоть раз смотрели на коробку от наушников, то наверняка встречали такие термины, как диапазон воспроизводимых частот, чувствительность, мощность, импеданс. Значение первых трех известно практически каждому меломану, а вот, что такое импеданс знают далеко не все. Именно об этом понятии и пойдет речь.

С точки зрения научной терминологии, импеданс — это полное сопротивление наушников, то есть совокупность его активной и реактивной составляющих. Величина конечного сопротивления зависит от того, на какой частоте оно было измерено. Довольно часто на коробках с наушниками приводится значение только активного сопротивления, изредка полного, и то только на частоте 1 кГц. К сожалению, большинство производителей не указывают сопроводительные параметры измерений, и можно только догадываться, какой на самом деле импеданс в ваших наушниках.
Маркировка сопротивления на коробке наушников
К примеру, у вас есть динамические наушники. Указанные значения 16, 24, 32, 64 и т.д. Ом отображают лишь сопротивление катушки индуктивности динамика, а сопротивления самого провода, пайки штекера и контактов — не учитываются. В реальности полное сопротивление наушников на 1-3 Ома выше, причем между левым и правым каналом оно немного различается. Добросовестные производители обычно указывают, что заданный и реальный импеданс отличаются на 20-30%, и это вполне нормально. Хотя, с другой стороны, это сбивает с толку некоторых покупателей, которые расценивают погрешность как недостаток.

Низкоомные и высокоомные наушники

По сопротивлению наушники разделяют на низкоомные и высокоомные. Каждому типу наушников соответствуют определенные параметры сопротивления. Так, внутриканальные низкоомные обладают сопротивлением менее 100 Ом, высокоомные — более 100 Ом. Тот же принцип работает и с полноразмерными наушниками: низкоомные — до 32 Ом, высокоомные — более 32 Ом.

Импенданс различных типов наушников

Внутриканальные наушники

Внутриканальные наушники
Наушники внутриканального типа, как правило, имеют ровную кривую импеданса, и ее значения не отклоняются на 16, 24 или 32 Ом при частотах 20-20000 Гц.

Сопротивление внутриканальных наушников

Сопротивление внутриканальных наушников

Полноразмерные динамические наушники

Полноразмерные динамические наушники

В полноразмерных наушниках динамического типа довольно часто встречается неравномерная кривая импеданса с минимальным подъемом в области высоких частот и с локальным подъемом на низких частотах. Сопротивление может равняться 32 Ом на 0 Гц (без учета реактивной составляющей), но, как показывает практика, на определенных частотах его значение может быть вдвое больше.

Сопротивление полноразмерных динамических наушников

Сопротивление полноразмерных динамических наушников

Неравномерности (подъемы) в кривой импеданса возникают вследствие резонансных явлений, а так же ввиду конструктивных особенностей самого излучателя внутри корпуса наушников. В жизни это выглядит так: наушники лежат на столе — кривая импеданса имеет одни значения, наушники одеты на голове (пространство задемпфировано) — кривая преобразуется в другую.

Сопротивление полноразмерных динамических наушников ровная кривая

Сопротивление полноразмерных динамических наушников с ровной кривой

Что интересно, далеко не все динамические наушники имеют заметные отклонения или резонансы. Линия импеданса у некоторых из них условно прямая, но подбирать наушники, исходя из этого принципа, не рекомендуется. Ведь для достижения идеальных значений импеданса производителю приходится жертвовать другими более важными характеристиками.

В динамических наушниках топ-класса встречаются модели как с минимальными, так и со значительными отклонениями кривой импеданса. Если в наушниках наблюдается узкополосный подъем, тогда усилитель должен обладать низким выходным сопротивлением (для контроля низких частот). Соответственно, при значительных подъемах — нужен усилитель с высоким сопротивлением.

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Изодинамические (ортодинамические) наушники

Сопротивление изодинамических (ортодинамических) наушников

Сопротивление изодинамических (ортодинамических) наушников

Характерная черта изодинамических наушников — строго прямая линия импеданса. Формально изодинамические излучатели создают идеальную нагрузку на усилители, однако в области сверхвысоких частот (мегагерцы, гигагерцы) сопротивление некоторых из них стремится к 0. Особо неприятен тот факт, что далеко не все усилители способны работать в таком режиме, а это приводит к значительному ухудшению качества звука. На данный момент выпуском изодинамических наушников занимаются: Oppo, Abyss, Fostex, Audez’e, HiFiMan.

Внутриканальные арматурные наушники

Внутриканальные арматурные наушники

Едва предсказуемо выглядит кривая импеданса во внутриканальных наушниках с излучателем арматурного типа. Так, в однодрайверных моделях есть одна общая черта — локальный подъем на верхней середине(1-3 кГц) и в области высоких частот. Благодаря локальному подъему практически все однодрайверные наушники звучат чисто на высоких частотах.

Сопротивление внутриканальных арматурных наушников

Сопротивление внутриканальных арматурных наушников

На низкочастотном диапазоне типовое сопротивление — 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц на графике наблюдаются подъемы. В случае, если сопротивление внутриканальных арматурных наушников равно 100 Ом на 1 кГЦ — это не значит, что они высокоомные. По показаниям мультиметра их сопротивление может быть всего 16 Ом.

Многодрайверные и гибридные наушники

Многодрайверные и гибридные наушники
В многодрайверных и гибридных наушниках кривая импеданса сильно меняется в зависимости от модели. Предугадать все ее перегибы практически невозможно, особенно на частоте выше 500 Гц. Что касается просадки сопротивления, то она может доходить до 4 Ом, при наших 100 Ом на 1 кГц.

Сопротивление многодрайверных и гибридных наушников

Сопротивление многодрайверных и гибридных наушников

Общие выводы из представленной информации

  • Сопротивление внутриканальных динамических и изодинамических наушников — точно такое же, как на коробке;
  • Сопротивление накладных динамических и полноразмерных наушников — такое же, как на коробке, но с небольшими подъемами;
  • Сопротивление арматурных и гибридных наушников — не соответствует значениям, указанным на коробке.

Данные по сопротивлению помогут удачно подобрать наушники под ваш плеер или усилитель. Если вы решили выбрать гибридные или арматурные наушники — обязательно посмотрите результаты измерения сопротивления в интернете.

На какие параметры влияет импеданс наушников?

Чувствительность

Чувствительность наушников, в основном, приводится к их мощности, и в конечном итоге позволяет получить сразу две характеристики — напряжение и ток. Чувствительность — удобная конечная характеристика для теоретиков, и запутанное понятие для простого потребителя.

Вы наверняка не раз слышали о том, что чувствительность = громкость. Грубо говоря, оно так и есть, однако работает это только с колонками. Так, значение сопротивления колонок указывается в виде 4 и 8 Ом.

В наушниках все сложнее. Чего только стоит 11 различных сопротивлений: 8, 16, 24, 32, 64, 128, 256, 320 и т.д. Ом. Получается, чтобы связь чувствительность = громкость реально работала, чувствительность следует выражать к напряжению, а не к мощности (например, так делают Sennheiser). Большинство производителей наушников вовсе не указывают единицы измерения чувствительности. Отсюда и сложилось ошибочное мнение, что высокоомные наушники — тихие, а низкоомные — громкие.

Чтобы понять, как импеданс влияет на чувствительность возьмем простую школьную формулу:

U=I*R

Затем из нее найдем мощность:

W=I*U, где

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

Отличным примером служат наушники Beyerdynamic серии DT 770 с разным сопротивлением, в 32, 80, 250 и 600 Ом (часть моделей снята с производства).

У всех наушников единая чувствительность в 96 дБ/мВт, что означает, что если мы подадим на наушники ровно 1 мВт, то уровень звукового давления будет равен 96 дБ SPL.

При 1 мВт для разных моделей нам надо подать разные соотношения напряжения и тока:

Сопротивление, Ом 32 80 250 600
Напряжение при 1 мВт, мВ 179 283 500 775
Ток при 1 мВт, мА 5,6 3,5 2 1,3

Получается чувствительность нужно рассматривать не к мощности, а к напряжению. Лишь в этом случае нам удастся сопоставить наушники по громкости. Соответственно, чем выше будет сопротивление, тем ниже чувствительность.

Сопротивление, Ом 32 80 250 600
Чувствительность, дБ/мВт 96 96 96 96
Чувствительность, дБ/В 111 107 102 98

Длительность работы плеера или смартфона

Чем выше сопротивление наушников – тем дольше будет работать плеер или смартфон без подзарядки, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока (при условии, что наушники слушаются на «максимуме» независимо от итоговой фактической громкости).

Если вы являетесь обладателем тихого смартфона, то, по большому счету, вы лишены возможности выбора наушников: по чувствительности вам подойдут только низкоомные наушники. Однако, если в вашем распоряжении плеер или смартфон с достаточно мощным выходом — присмотритесь к высокочувствительным низкоомным наушникам или к менее чувствительным, но с более высоким сопротивлением. Замена 16 Ом на 32 Ом снизит потребление энергии на треть.

Результаты графиков показали, что арматурные наушники обладают более высоким средним сопротивлением — с ними плеер или смартфон работает дольше без подзарядки. Многодрайверные наушники, наоборот обладают меньшим средним сопротивлением, из-за чего смартфон или плеер будет, соответственно, работать немного меньше.

Качество звучания

Вы наверняка слышали, что высокоомные наушники выдают более качественный звук, чем низкоомные. Хотя здесь дело вовсе не в наушниках. Просто усилитель посылает меньше тока, что в итоге снижает искажения с его стороны. Однако не стоит воспринимать это правило как догму. Бывают ситуации, когда усилитель работает на напряжении, превышающем его допустимые значения, тогда источником искажений в этом случае является перегрузка по напряжению, а не по току.

На вышеуказанном принципе и строится работа однодрайверных арматурных наушников. Благодаря подъемам на верхних средних и высоких частотах — наблюдается более качественное звучание на тех смартфонах или плеерах, где низкоомные наушники показывают себя не лучшим образом.

АЧХ наушников

Если сопротивление усилителя выше нулевой отметки, то конечная АЧХ будет зависеть от изменений кривой импеданса как наушников, так и усилителя.

 
Комментарии
Евгений

Подскажите: какие наушники выбрать,для смартфона Sony Xperia m4 ???

Тимур

Добрый день, если не вдаваться в технические дебри, для смартфона наушники нужно выбирать по параметру «Сопротивление». Обычно, для мобильной техники нужны наушники с 16 Ом, либо 32 Ом. Выше уже не желательно, телефон может просто «не прокачать» такие наушники и звук будет тихим и блеклым. Форм-фактор выбирайте тот, который вам больше нравится, он особого значения с технической точки зрения не имеет.

«Отсюда видно, что итоговый уровень мощности определяется из значений напряжения и уровня потребляемого тока. Сила тока зависит от сопротивления наушников.»
Затем вы пишите это:
«Чем выше значение сопротивления наушников — тем дольше плеер или смартфон работает без подзарядки. Объясняется это тем, что низкоомные наушники потребляют меньше тока.»
Перепутали ток с напряжением во второй цитате? Или я чего то не понимаю

Тимур

Да, действительно, немного непонятно написано. Исправил формулировку.