Подключаем наушники к телевизору

Здравствуйте.

На любом современном мультимедийном устройстве (компьютер, ноутбук, плеер, телефон и т.д.) есть аудио выходы: для подключения наушников, колонок, микрофона и пр. устройств. И казалось бы, все просто - подключил к аудио-выходу устройство и оно должно работать.

Но не всегда так все легко… Дело в том, что разъемы на разных устройствах - разные (хотя иногда и очень похожи между собой)! В подавляющем большинстве устройств используются разъемы: jack, mini-jack и micro-jack (jack в переводе с английского, означает «гнездо»). Вот о них и хочу сказать несколько слов в данной статье.

Разъем mini-Jack (диаметр 3,5 мм)

Рис. 1. mini-jack

Почему я начал с мини-джек? Просто это самый популярный разъем, который только можно встретить в современной технике. Встречается в:

- наушниках (причем, как со встроенным микрофоном, так и без оного);
- микрофонах (любительских);
- различных плеерах и телефонах;
- колонках для компьютеров и ноутбуков и т.д.

Разъем Jack (диаметр 6,3 мм)

Встречается намного реже чем mini-Jack, но тем не менее достаточно распространен в некоторых устройствах (больше, конечно, в профессиональных устройствах, чем в любительских). К примеру:

микрофоны и наушники (профессиональные);
бас-гитары, электрогитары и пр.;
звуковые карты для профессионалов и пр. аудио устройства.

Разъем micro-Jack (диаметр 2,5мм)

Самый маленький разъем из перечисленных. Его диаметр всего 2,5 мм и применяется он в самой портативной технике: телефонах и плеерах. Правда, в последнее время, даже в них стали использовать mini-jack, дабы повысить совместимость тех же наушников с ПК и ноутбуками.

Моно и стерео

Рис. 4. 2 контакта - Моно; 3 контакта - стерео

Обратите так же внимание на то, что разъемы jack могут быть как моно, так и стерео (см. рис. 4). В некоторых случаях это может доставлять кучу проблем…

Для большинства пользователей будет достаточно следующего:

моно - это значит для одного источник звука (подключить можно только моно колонку);
стерео - для нескольких источников звука (например, левую и правую колонки, или наушники. Подключить можно как моно, так и стерео колонки);
квадро - практически то же самое, что и стерео, только добавляются еще два источника звука.

Гарнитурный разъем в ноутбуках для подключения наушников с микрофоном

В современных ноутбуках все чаще встречается гарнитурный разъем: очень удобно для подключения наушников с микрофоном (нет лишнего провода). Кстати, на корпусе устройства, он обычно так и обозначается: рисунок наушников с микрофоном (см. рис. 5: слева - выходы для микрофона (розовый) и для наушников (зеленый), справа - гарнитурный разъем).

Кстати, на штекере для подключения к такому разъему должно быть 4 контакта (как на рис. 6). Более подробно об этом я рассказывал в своей предыдущей статье:

Рис. 6. Штекер для подключения к гарнитурному разъему

Как подключить колонки, микрофон или наушники к компьютеру

Если у вас самая обычная звуковая карта на компьютере - то все достаточно просто. На задней стенке ПК у вас должно быть 3 выхода, как на рис. 7 (по крайней мере):

Microphone (микрофон) - помечается розовым цветом. Нужен для подключения микрофона.
Line-in (синий) - используется, например, для записи звука с какого-нибудь устройства;
Line-out (зеленый) - это выход для наушников или колонок.

Проблемы чаще всего бывают в случаях, когда у вас, например, гарнитурные наушники с микрофоном и на компьютере нет такого выхода… В этом случае есть десятки различных переходников : есть, в том числе и переходник с гарнитурного разъема на обычные: Microphone и Line-out (см. рис. 8).

Так же довольно частая проблема - отсутствие звука (чаще всего после переустановки Windows). Проблема в большинстве случаев связана с отсутствием драйверов (либо установкой не тех драйверов). Рекомендую воспользоваться рекомендациями из этой статьи:

Так же, возможно, Вам будут интересны следующие статьи:

- подключение наушников и колонок к ноутбуку (ПК):
- посторонний звук в колонках и наушниках:
- тихий звук (как увеличить громкость):

14 апреля 2012 в 16:30

Подключаем наушники к телевизору

DIY или Сделай сам

Вкратце о том, откуда родилась задача. Моему отцу - хорошо за 70. Он в прекрасной физической форме, руководит лабораторией, не вылазит из Интернета, но вот слышит уже не очень. Более того, есть одна особенность: из-за неравномерного изменения чувствительности слуха на разных частотах (были у специалиста) даже очень громко работающий телевизор отец слышит скверно, а вот в наушниках слышит замечательно на том же уровне громкости, который устраивает и меня.
Итак, задача: подключить наушники к телевизору, гнезда на телевизоре разумеется нет. Решаемо? Конечно! Кому актуально и/или интересно - прошу под кат.

Первое что приходит в голову: вскрыть телевизор, врезать на стенку гнездо для наушников и подключить его в цепь динамиков телевизора. Но тут возникает хороший вопрос: действие при включении в гнездо наушников.
Если при включении наушников отключать динамики телевизора, то смотреть ТВ сможет либо только отец в наушниках, либо только кто-то еще без оных, плюс при этом постоянные перетыкивания наушников в гнездо быстро приведут к нехорошему.
Если же динамики телевизора при включении наушников не отключать, затея теряет смысл - подобрать одинаково комфортный уровень звука и для того, кто слушает в наушниках, и для всех, кто слушает в динамиках, нереально.

Затея с врезкой гнезда была отвергнута. Родилась другая.
На телевизоре есть разъем SCART (кстати, есть на большинстве телевизоров).

На SCARTе есть выход аудио - это линейный выход, регулятор громкости телевизора на него не влияет.
Итак, идея простая: организовать на наушники независимый выход звука.

Первое что я попробовал - сделать радиоудлинитель: небольшой (1 транзистор) передатчик в ФМ-диапазоне ну и слушать его на обычный ФМ-приемник. Схем такого рода в Интернете - пруд пруди, ничего военного там нет, но, как выяснилось, есть большая проблема: в течение нескольких часов прослушивания уходит частота, приходится постоянно подстраивать приемник.
Путем обращения к ненормальной электронике в схему был добавлен кварц для стабилизации частоты, вылезла другая проблема - из-за кварца девиация частоты (кому интересно о чем речь - прошу) получилась маленькой и звук - очень тихим.
Идея радиоудлинителя была отвергнута.

Реализовалась самая простая идея - SCART->небольшой усилитель->длинный шнур->наушники с регулятором громкости.
Наушники с регулятором громкости - не редкость, были выбраны Sven.
Шнур-удлинитель - трехжильный толстый провод, позиционируется продавцами ка микрофонный. Провод в экране, но экран тут не нужен и не подключен. Почему толстый - потому что не так сильно запутывается, ему предстоит постоянно двигаться.
Усилитель.
На радиорынке продаются готовые спаянные платки стоимостью в районе 3-х долларов, вариантов довольно много. Принцип - как у кошки, четыре ноги (условных конечно): вход, выход, земля и питание. Есть варианты стерео (тогда «ног», соответственно, шесть).
В особенности схемы вдаваться нет нужды, это стандартный усилитель мощности на микросхеме по типовой схеме включения. Единственное, на что следует обратить внимание - микросхема должна быть предназначена на работу без радиатора.
Я выбрал платку на микросхеме TDA2822 - это стереоусилитель мощностью до 1 Вт.

Если бы на ТВ было USB, можно было бы взять питание усилителя оттуда. Но USB нет, пришлось искать блок питания.
Обычно все такие небольшие усилители некритичны к питанию, от +5В до +12В работают без проблем, стабилизация или дополнительное сглаживание не требуется. Можно использовать блок питания от старого мобильного телефона, от «польской» антенны и пр. Мне попался в старом хламе блок питания от приставки Dendy - 9 вольт, внутри - только диодный мост и кондесатор. Он и пошел в дело.
Главное при подключении БП - не перепутать полярность, лучше перепроверить тестером. Если перепутать + и -, с очень большой вероятностью кирдык усилителю придет мгновенно.

Есть особенность подключения такого усилителя к телевизору. Первое включение показало, что звук подхрипывает, причем регулятором громкости наушников это не лечится - слишком сильный сигнал с ТВ, нужно уменьшить, и на платку был грубо допаян со стороны дорожек переменный резистор. Сопротивление его в диапазоне от 1 до 10 кОм, не очень критично, я использовал то что под руку подвернулось и что было удобно напаять на плату - 1 кОм.
Выглядит это так:

Итоговая схема получилась вот в таком виде:

Из схемы сразу понятно, что это - моно. У нас на кабельном стерео не вещается, нужды заморачиваться нет, но сделать стерео нет никакой проблемы, потребуется только второй резистор для подстройки уровня второго канала, или сдвоенный резистор.

Полностью вся конструкция, подключенная к ТВ:

После сборки и подключения требуется небольшая настройка: крутим резистор на плате так, чтобы погромче, но хрипы на пиках громкости еще не появляются. Проверяем на нескольких ТВ-каналах.

P.S. Я хорошо понимаю, что это - фактически «г#внокод» в электронике: на коленке, быстро, работает и от посторонних глаз скрыто. Но результат достигнут:

Отец регулирует громкость себе в наушниках, все остальные, кто смотрит ТВ - регулируют громкость пультом на ТВ- всем хорошо.

Разъём «Джек» (Jack, TRS) появился в 19 веке, им пользовались телефонисты. Тогда этот разъём имел диаметр 6,35 мм. Сейчас джек - самый популярный разъём в мире. Этот разъём популярен в силу своего удобства: воткнул и работай (plug&play). Однако он же считается абсолютно незащищённым от случайного отключения, поскольку никаких механизмов защиты, как например, защёлка у кэнона (cannon) у джека нет. Также этот разъём непрочен, если к нему применить боковую нагрузку на излом, и поэтому он часто ломается (особенно с пластиковым корпусом). Джек бывает трёх размеров (по диаметру): 6,25 мм, 3,5 мм и 2,5 мм. Так же различается по типу мамка/папка (male/female). В основном тип самого штеккера «папка», а гнездо - «мамка»…

Джек 6,25 мм

Разъёмы mono jack plug и stereo jack plug . По-русски такие разъёмы именуются словом «джек», это название уже устоялось, хотя порождено оно неточным переводом с английского языка («jack» - гнездо). Изначально оно имело смысл «панельный разъём» (кабельный разъём при этом называется «plug»). По количеству контактов такие разъёмы можно разделить на двухконтактные (рис. 2) и трёхконтактные (рис. 3). Первые (их часто называют моно- или несимметричными джеками) предназначены для несимметричной передачи сигнала, а вторые (часто называемые стерео- или симметричными джеками) можно применять как для несимметричной, так и для симметричной или двухканальной передачи сигнала. Контакты разъёма (гнездовой и штекерной частей), в свою очередь, имеют определённые названия (Tip Ring Sleeve), и по первым буквам этих названий трёхконтактные джеки называют также TRS-джеками.

При двухканальной передаче, контакт 2 используется для соединения с общим проводником (Земля), а контакты 1 и 3 — для сигнальных проводников первого и второго канала соответственно. Частным случаем двухканальной передачи является передача стереофонического сигнала. Ярким примером этому могут служить наушники. При стереофонической передаче, контакт 2 — общий, контакт 1 передаёт сигнал левого канала, а контакт 3 — правого. Другим случаем двухканального использования разъемов типа джек является двунаправленная передача звуковых сигналов. Ярким примером этому может служить разъём разрыва (insert) канала на микшерном пульте. Как и везде, контакт 1 — общий, а вот стандарта распайки для второго и третьего контактов до сих пор не существует. Один из двух оставшихся контактов — выход, а второй — вход.

рис. 2

рис. 3

Контакт 2 (рис. 1) называется Sleeve или просто S. Из всех значений слова «sleeve», для разъёма больше всего подходит «гильза». Контакт 1 называется Tip (что означает «кончик») или T. Контакт 3 называется Ring (по-русски — «кольцо») или R . В двухконтактном разъёме контакта Ring нет. При использовании двухконтактного разъёма контакт 2 (Sleeve) соединяется с общим или земляным проводником, например экранирующей оплёткой, а контакт 1 (Tip) — с сигнальным проводником. Трёхконтактный разъём при использовании для симметричной коммутации распаивается следующим образом: контакт 2 (Sleeve) соединяется с общим проводником. Контакт 1 (Tip) предназначен для передачи сигнала в фазе. В этом случае он называется «hot», «плюс», «фаза», «фаза плюс» или «горячий». Контакт 3 предназначен для передачи сигнала в противофазе. Его называют «cold», «минус», «противофаза», «фаза минус» или «холодный».

Джек 3,5 мм (миниджек)

Этот разъём диаметром 3,5 мм широко известен по бытовой аппаратуре, чаще всего применяется только для подключения наушников. В профессиональной аппаратуре он применяется редко, да и то — в маленьких звуковых модулях, переносном оборудовании и прочих устройствах, где важен размер гнезда. Большее распространение миниджек получил в мультимедийном оборудовании (плейеры, диктофоны, наушники-вкладыши). Разъём мини-джек знаменит своей ненадежностью. Названия контактов и их распайка соответствует правилам для разъёмов типа джек.

рис. 4

рис. 5

В микрофонных и линейных входах мультимедийных звуковых карт, как правило, используется несимметричная коммутация. Поэтому в случае непосредственного подключения динамического микрофона к микрофонному входу звуковой карты возникает проблема перехода от симметричного выхода к несимметричному входу. Если у источника сигнала есть трансформаторный выход, то можно воспользоваться простым кабельным переходником, схема которого представлена на рис. 6:

рис. 6

Примечание Если симметричный выход источника сигнала - бестрансформаторный, то для перехода от симметричной схемы к несимметричной необходимо приобрести кабельный переходник с трансформаторной развязкой! И ещё один подводный камень может ожидать владельцев некоторых мультимедийных звуковых карт. Микрофонный вход звуковой карты рассчитан на подключение монофонического микрофона, однако гнездо разъёма, в которое вставляется мини-джек, имеет три контакта. Контакт Sleeve соединяется с общим проводником, контакт Tip предназначен для получения сигнала с микрофона - как обычно. А вот на контакт Ring со стороны звуковой карты подаётся постоянное напряжение, предназначенное для питания мультимедийного электретного микрофона, которым иногда комплектуются звуковые карты. При подключении динамического микрофона во избежание неприятных последствий контакт Ring не должен иметь соединения ни с одним проводником микрофонного кабеля. Иными словами, для динамических микрофонов с симметричным выходом, подключаемых непосредственно к микрофонному входу звуковой карты, схема распайки кабеля должна быть такой, как показано на рис. 7

рис. 7

Примечание Обращаю ваше внимание на то, что для подключения динамического микрофона к гнезду, у которого на контакте Ring имеется постоянное напряжение питания электретного микрофона, разъём типа mono jack plug непригоден . Его вообще нельзя вставлять в подобное гнездо, т. к. моноджек вызовет замыкание расположенного на звуковой карте источника питания электретного микрофона !

У «Мини-джека» для видеокамер также есть ещё и четвёртый контакт для передачи самого видео.

Джек 2,5 мм (микроджек)

Применяется в основном в миниатюрных мультимедийных плейерах и сотовых телефонах, как раз в силу своего размера единственный подходящий разъём в подобных случаях. Распайка и конструкция точно такая же, как и у старших братьев. В основном бывает в стерео-варианте (трёхконтактный). Иногда бывает и моно. Единственный нюанс - данный микроджек практически всегда неремонтабельный (хотя и есть отдельные подобные разъёмы в магазинах радио) и ломается ещё чаще миниджека…

2014-02-10T19:57

Audiophile"s Software

ПРОЛОГ : Выходной импеданс выхода под наушники является одной из самых распространенных причин, почему одни и те же наушники могут звучать по-разному в зависимости от того, куда они включены. Этот важный параметр редко указывается производителями, но в то же время может послужить причиной существенных различий в качестве звучания и в значительной степени повлиять на совместимость наушников.

ВКРАТЦЕ: Всё, что вам действительно надо знать, это что большинство наушников лучше всего работают, если выходной импеданс устройства менее 1/8 импеданса наушников. Так, для примера, для 32-омных Grados выходной импеданс должен быть максимум 32/8 = 4 Ом. Etymotic HF5 - 16-омные, потому максимальный выходной импеданс должен быть равен 16/8 = 2 Ом. Если вы хотите быт уверены, что источник будет работать с любыми наушниками, удостоверьтесь, что его выходной импеданс менее 2 Ом.

ПОЧЕМУ ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНС ТАК ВАЖЕН? Как минимум по трем причинам:

Чем больше выходной импеданс, тем больше падение напряжения при меньших импедансах нагрузки. Это падение может быть достаточно большим, чтобы помешать «раскачать» низкоомные наушники до нужного уровня громкости. В качестве примера можно привести Behringer UCA202 с выходным импедансом 50 Ом. Он сильно проигрывает в качестве при использовании 16 - 32-омных наушников.
Импеданс наушников зависит от частоты. Если выходной импеданс намного больше нуля, это значит, что напряжение, падающее на наушниках, также будет изменяться с частотой. Чем больше выходной импеданс, тем больше неравномерность частотной характеристики . Разные наушники будут взаимодействовать по-разному (причем обычно непредсказуемо) с разными источниками. Иногда эти различия могут быть значительными и вполне ощутимыми на слух.
По мере того, как выходной импеданс увеличивается, уменьшается коэффициент демпфирования . Уровень басов, который рассчитывался для наушников при проектировании, при недостаточном демпфировании может существенно снизиться. Низкие частоты будут более гудящими и не такими четкими (размазанными). Переходная характеристика ухудшается, при этом страдает глубина басов (больше спад на низких частотах). Некоторым людям, вроде тех, кому нравится «теплый ламповый звук», такой недодемпфированный бас может даже прийтись по вкусу. Но в абсолютном большинстве случаев это даёт менее честный звук, чем при использовании низкоомного источника.

ПРАВИЛО ОДНОЙ ВОСЬМОЙ: Для минимизации каждого из вышеописанных эффектов необходимо всего лишь обеспечить выходной импеданс хотя бы в 8 раз меньший, чем импеданс наушников. Еще проще: поделите импеданс наушников на 8 и получите максимальный импеданс усилителя, позволяющий избежать слышимых искажений.

ЕСТЬ ЛИ КАКОЙ-ТО СТАНДАРТ ДЛЯ ВЫХОДНОГО ИМПЕДАНСА? Единственный такой стандарт, который я знаю - IEC 61938 (1996 г.). Он устанавливает требование к выходному импедансу в 120 Ом. Есть несколько причин, почему эти требования устарели, и вообще не являются хорошей идеей. В статье Stereophile о стандартном значении 120 Ом говорится буквально следующее:

«Кто бы это не написал, он явно живет в мире грез»

Должен согласиться. Возможно, значение в 120 Ом еще было приемлемо (и то, едва ли) до появления iPod и до того, как портативные устройства вообще обрели широкую популярность, но не более. Сегодня большая часть наушников разработана совершенно иначе.

ПСЕВДО-СТАНДАРТЫ: выходы под наушники большинства профессиональных установок имеют сопротивление 20 - 50 Ом. Не знаю ни одной, которая бы соответствовала 120 Ом, как в стандарте МЭК. Для оборудование потребительского класса значение выходного импеданса обычно лежит в пределах 0 - 20 Ом. За исключением некоторых ламповых и других эзотерических разработок, большая часть аудиофильского high-end оборудования имеет импеданс ниже 2 Ом.

ВЛИЯНИЕ iPOD: С тех пор, как в 1996-м было опубликован 120-омный стандарт, от низкокачественных кассетных плееров, через портативные CD-плееры, мы наконец перешли к повальному увлечению iPod"ами. Apple помогла сделать высокое качество портативным, и сейчас мы имеем в обороте как минимум полмиллиарда цифровых плееров, не считая телефоны. Практически все портативные музыкальные/медиа-плееры работают от одинарных аккумуляторных литий-ионных батарей. Эти батареи вырабатывают напряжение чуть более 3 вольт, что обычно даёт около 1 вольт (RMS) на выходе под наушники (иногда менее). Если вы поставите на выход сопротивление 120 Ом и воспользуетесь обычными портативными наушниками (сопротивление которых лежит в пределе 16 - 32 Ом), громкость воспроизведения скорей всего будет недостаточной. Кроме того, большая часть энергии батареи будет рассеиваться в виде тепла на 120-омном резисторе. Лишь малая часть мощности будет приходиться на наушники. Это серьезная проблема для портативных устройств, где очень важно продлить время работы аккумулятора. Более эффективным было бы подавать всю мощность на наушники.

КОНСТРУКЦИЯ НАУШНИКОВ: Так для какого же выходного импеданса компании-производители разрабатывают свои наушники? По состоянию на 2009 год было продано более 220 миллионов iPod"ов. iPod и аналогичные портативные плееры на рынке наушников подобны 800-фунтовым гориллам. Потому не удивительно, что большинство разработчиков стали создавать наушники таким образом, чтобы они были хорошо совместимы с iPod. Это значит, что они рассчитаны на работу с выходным импедансом менее 10 Ом. А практически все хай-эндовые полноразмерные наушники рассчитаны на источники, соблюдающие правило 1/8, или же имеющие импеданс близкий к нулю. Мне ни разу не встречались аудиофильские наушники предназначенные для домашнего использования, разработанные в соответствии с древним 120-омным стандартом.

ЛУЧШИЕ НАУШНИКИ ДЛЯ ЛУЧШИХ ИСТОЧНИКОВ: Если вы бегло ознакомитесь с наиболее обозреваемыми high-end усилителями для наушников и ЦАП"ами, вы обнаружите, что практически все они обладают очень низким выходным импедансом. Примерами являются продукты Grace Designs, Benchmark Media, HeadAmp, HeadRoom, Violectric, etc. Само собой, что большинство high-end наушников лучше всего проявляют себя в сочетании с такого же класса оборудованием. Некоторые из наиболее хорошо зарекомендовавших себя наушников изначально имеют низкий импеданс, включая различные модели от Denon, AKG, Etymotic, Ultimate Ears, Westone, HiFiMAN и Audeze. Все они, насколько я знаю, были разработаны для использования в сочетании с источником, имеющим низкий (в идеале нулевой) импеданс. Также и представитель Sennheiser сказал мне, что они разрабатывают свои аудиофильские и портативные наушники для источников с нулевым импедансом.

ВОПРОС АЧХ: Если выходной импеданс больше 1/8 импеданса наушников, будет наблюдаться неравномерность частотной характеристики. Для некоторых наушников, особенно арматурных (сбалансированный якорь) или мульти-драйверных, эти различия могут быть колоссальными. Вот, как 43 Ом выходного импеданса влияют на АЧХ Ultimate Ears SuperFi 5 - вполне ощутимая неравномерность в 12 дБ:

ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНС 10 ОМ: Кое-кто может взглянуть на пример выше и подумать, что такие значительные отличия проявляются лишь при сопротивлении в 43 Ом. Но множество источников имеет импеданс около 10 Ом. Вот те же наушники с 10-омным источником - все еще отчетливо слышимая неравномерность в 6 дБ. Такая кривая приводит к ослаблению басов, выраженному акценту на средних частотах, приглушенным высоким и нечеткой фазовой характеристике из-за резкого провала на 10 кГц, что может повлиять на стерео-панораму.

ПОЛНОРАЗМЕРНЫЕ SENNHEISER: Вот полноразмерные Sennheiser HD590 c повышенным импедансом, с тем же 10-омным источником. Теперь неравномерность выше 20 Гц лишь немногим более 1 дБ. Хотя 1 дБ - это не так уж много, неравномерность находится в области «гудящих» низов, где любой акцент крайне нежелателен:

КАК РАБОТАЕТ ДЕМПФИРОВАНИЕ: любая динамическая головка, будь то наушники или колонки, перемещается взад и вперед по мере воспроизведения музыки. Таким образом они создают звуковые колебания, представляя собой движущуюся массу. Законы физики гласят, что движущийся объект склонен оставаться в движении (т.е. обладает инерцией). Демпфирование же помогает избежать нежелательных перемещений. Если слишком не вдаваться в детали, недодемпфированный динамик продолжает двигаться тогда, когда он уже должен остановиться. Если же динамик передемпфирован (такое бывает редко), его возможности перемещаться соответственно подаваемому сигналу ограничены - представьте, что динамик пытается работать погруженным в кленовый сироп. Всего есть два способа демпфирования динамика - механический и электрический.

ПРЫГАЮЩИЕ ТАЧКИ: Механическое демпфирование подобно амортизаторам автомобиля. Они вносят сопротивление, потому если вы качнете машину, она не будет долго раскачиваться вверх-вниз. Но амортизация также добавляет жесткость, потому что не позволяет подвеске менять своё положение в полном соответствии с рельефом дороги. Потому здесь приходится искать компромисс: мягкие амортизаторы делают поездку более мягкой, но приводят к покачиванию, жесткие же делают поездку менее комфортной, но предотвращают раскачивание. Механическое демпфирование - это всегда компромисс.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОВЕРШЕННЕЕ: Есть лучший способ контролировать нежелательное перемещение диффузора, называется он электрическим демпфированием . Катушка и магнит в динамике взаимодействуют с усилителем для контроля перемещения диффузора. Этот тип демпфирования имеет меньше побочных эффектов и позволяет разработчикам создавать наушники с меньшим уровнем искажений и лучшим звучанием. Как подвеска автомобиля, способная более точно подстраиваться под рельеф дороги, оптимально демпфированные наушники могут точнее воспроизводить аудио сигнал. Но, и это критический момент, электрическое демпфирование эффективно лишь тогда, когда выходной импеданс усилителя намного меньше импеданса наушников . Если вы включите 16-омные наушники в усилитель с выходным импедансом 50 Ом, электрическое демпфирование сойдет на нет. Это значит, что динамик не остановится в тот момент, когда он должен остановиться. Это похоже на автомобиль с изношенными амортизаторами. Конечно же, если правило 1/8 соблюдено, электрическое демпфирование будет достаточным.

АКУСТИЧЕСКАЯ ПОДВЕСКА: В 70-х ситуация изменилась, так как популярными стали транзисторные усилители. Практически во всех транзисторных усилителях соблюдается правило 1/8. Фактически большинство соответствует правилу 1/50 - их выходной импеданс меньше 0.16 Ом, что даёт коэффициент демпфирования 50. Таким образом производители динамиков получили возможность разрабатывать более качественные динамики, использующие преимущества низкого выходного импеданса. Прежде всего были разработаны первые закрытые динамики с акустической подвеской от Acoustic Research, Large Advents, и др. Они обладали более глубоким и точным басом, чем у аналогичных по размеру предшественников, рассчитанных на ламповые усилители. Это было большим прорывом в области hi-fi - благодаря новым усилителям теперь можно было в значительной мере полагаться на электрическое демпфирование. И очень жаль, что столь многие источники сегодня отстают от жизни на 40 и более лет.

КАКОЙ ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНС У МОЕГО УСТРОЙСТВА? Некоторые разработчики дают понять, что они стремятся максимально снизить выходной импеданс (как, например, Benchmark), в то время как другие указывают для своих продуктов его фактическое значение (например, 50 Ом для Behringer UCA202). Большинство же, к сожалению, оставляют это значение загадкой. Некоторые обзоры оборудования (например, в этом блоге) включают измерение выходного импеданса, так как от него в значительной мере зависит, как будет звучать устройство с теми или иными наушниками.

ПОЧЕМУ ТАКОЕ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ИСТОЧНИКОВ ИМЕЕТ ВЫСОКИЙ ВЫХОДНОЙ ИМПЕДАНС? Наиболее распространенные причины следующие:

Защита наушников - Более мощные источники с низким выходным импедансом зачастую способны подать слишком большую мощность на низкоомные наушники. Дабы защитить такие наушники от повреждения, некоторые разработчики увеличивают выходной импеданс. Таким образом это компромисс, адаптирующий усилитель к нагрузке, но ценой ухудшения параметров для большинства наушников . Лучшее решение - возможность выбора двух уровней усиления. Низкий уровень позволяет установить меньше выходное напряжение для наушников с низким импедансом. Также в добавок может использоваться ограничение по току, таким образом источник будет автоматически ограничивать ток для низкоомных наушников, даже если установлен слишком большой уровень усиления.
Чтобы отличаться - Некоторые разработчики специально завышают выходной импеданс, утверждая, что это улучшает звучание их устройства. Иногда это используется как способ сделать звучание продукта отличным от звучания конкурирующих продуктов. Но в таком случае каждое «отдельное звучание», которое вы получаете, полностью зависит от используемых наушников. Для некоторых наушников это воспринимается как улучшение, с другими же скорей как значительное ухудшение. Наиболее вероятно, что звучание в значительной мере исказится.
Это дешево - Более высокий выходной импеданс является наиболее простым решением для дешевых источников. Это дешевый способ достижения стабильности, простейшая защита от короткого замыкания; также это позволяет использовать менее качественные операционные усилители, которые в противном случае напрямую не смогли бы раскачать даже 16 или 32-омные наушники. Путем последовательного подключения к выходу некоторого сопротивления, все эти проблемы решаются ценой в какой-то цент. Но за это дешевое решение приходится платить значительным ухудшением качества звучания на многих моделях наушников.

ИСКЛЮЧЕНИЯ ИЗ ПРАВИЛ: Существует несколько наушников, якобы предназначенных для использования с высоким выходным импедансом. Лично мне интересно, миф это или реальность, так как я не знаю ни одного конкретного примера. Впрочем, это возможно. В таком случае использование этих наушников с низкоомным источником может привести к передемпфированной динамике басов и, как следствие, к отличной от планируемой разработчиком АЧХ. Этим могут объясняться отдельные случаи «синергии», когда определенные наушники сочетаются с определенным источником. Но этот эффект воспринимается сугубо субъективно - для кого-то как выразительность и детальность звучания, для кого-то - как излишняя жесткость. Единственный способ добиться адекватной работы - использовать низкоомный источник и соблюдать правило 1/8.

КАК НЕДОРОГО ПРОВЕРИТЬ: Если вас интересует, не страдает ли качество звучания из-за выходного импеданса источника, могу предложить приобрести за 19$ усилитель FiiO E5 . Он оснащен выходом с практически нулевым импедансом и его будет достаточно для большей части наушников с импедансом

ИТОГО: Если только вы не абсолютно уверены, что ваши наушники звучат лучше с каким-то определенным более высоким выходным импедансом, лучше всегда использовать источники с импедансом не более 1/8 от импеданса ваших наушников. Или еще проще: с импедансом не более 2 Ом.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ИМПЕДАНС И СОПРОТИВЛЕНИЕ: Эти два термина в некоторых случаях взаимозаменяемы, но технически они имеют значительные отличия. Электрическое сопротивление обозначается буквой R и имеет одинаковое значение для всех частот. Электрический импеданс - величина более сложная, и его значение обычно меняется с частотой. Он обозначается буковой Z . В рамках данной статьи единицы измерения обоих величин - Омы .

НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК: Чтобы понять, что такое импеданс, и о чем вообще идет речь в этой статье, важно иметь хотя бы общее представление о напряжении и токе. Напряжение подобно давлению воды, в то время как ток является аналогом потока воды (например, литров в минуту). Если вы пустите воду из своего садового шланга, не прикрепив ничего к его концу, вы получите большой поток воды (ток) и сможете быстро наполнить ведро, но давление вблизи конца шланга будет практически равняться нулю. Если вы воспользуетесь небольшой насадкой на шланг, давление (напряжение) будет значительно большим, а поток воды при этом уменьшится (понадобится больше времени, чтобы наполнить то же самое ведро). Эти два значения связаны обратной зависимостью. Взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением (а также импедансом, в рамках данной статьи) определяется Законом Ома. R можно заменить на Z.

ОТКУДА ВЗЯЛОСЬ ПРАВИЛО 1/8?: Минимальные слышимые отличия громкости, которые воспринимаются человеком - около 1 дБ. Падение в -1 дБ на выходном импедансе соответствует коэффициенту, 10^(-1/20) = 0.89 . Используя формулу делителя напряжения, мы получим, что когда выходной импеданс равен 1/8 импеданса нагрузки, коэффициент как раз равен 0.89, т. е. падение напряжения составляет -1 дБ. Импеданс наушников может меняться в пределах полосы звуковых частот в 10 или более раз. Для SuperFi 5 указан импеданс 21 Ом, но фактически он изменяется от 10 до 90 Ом. Таким образом правило 1/8 даёт нам значение максимального выходного импеданса 2.6 Ом. Если принять напряжение источника равным 1 В:

Напряжение на наушниках при импедансе 21 Ом (номинальный) = 21 / (21+2.6) = 0.89 В
Напряжение на наушниках при импедансе 10 Ом (минимальный) = 10 / (10+2.6) = 0.79 В
Напряжение на наушниках при импедансе 90 Ом (максимальный) = 90 / (90+2.6) = 0.97 В
Неравномерность АЧХ = 20*log(0.97/0.89) = 0.75 дБ (менее 1 дБ)

ИЗМЕРЕНИЕ ВЫХОДНОГО ИМПЕДАНСА: Как видно из принципиальной схемы выше, выходное сопротивление формирует делитель напряжения. Измерив выходное напряжение без подключения нагрузки и с известной нагрузкой, вы сможете рассчитать выходной импеданс. Это можно легко сделать с помощью онлайн калькулятора . Напряжение без нагрузки - это «Input Voltage», R2 - это известное сопротивление нагрузки (не используйте в данном случае наушники), «Output Voltage» - напряжение при подключении нагрузки. Нажмите Compute, и получите искомый выходной импеданс R1. Также это можно сделать с помощью 60-герцовой синусоиды (её можно сгенерировать, например, в Audacity), цифрового мультиметра и 15 - 33-омного резистора. Большинство цифровых мультиметров имеют хорошую точность лишь вблизи частоты 60 Гц. Воспроизведите 60 Гц синусоиду и отрегулируете громкость таким образом, чтобы выходное напряжение было равно примерно 0.5 В. Затем подключите резистор и зафиксируйте новое значение напряжения. Например, если вы получили 0.5 В без нагрузки и 0.38 В с нагрузкой 33 Ом, выходной импеданс равен примерно 10 Ом. Формула здесь следующая: Zист = (Rн * (Vхх - Vн)) / Vн. Vхх - напряжение без нагрузки (холостой ход).

Ни одни наушники не обладают полностью резистивным сопротивлением, не изменяющимся в пределах диапазона звуковых частот. Абсолютное большинство наушников представляют собой реактивное сопротивление и обладают комплексным импедансом . Из-за емкостных и индуктивных составляющих импеданса наушников его значение меняется с частотой. Например, вот зависимость импеданса (желтым) и фазы (белым) от частоты для Super Fi 5. Ниже ~200 Гц импеданс равен всего 21 Ом. Выше 200 Гц он возрастает до ~90 Ом к 1200 Гц, а затем спадает до 10 Ом к 10 кГц:

ПОЛНОРАЗМЕРНЫЕ НАУШНИКИ: Возможно, кого-то не интересуют внутриканальные наушники вроде Super Fi 5, так что вот импеданс и фаза для популярной модели Sennheiser HD590. Импеданс всё так же варьируется: от 95 до 200 Ом - практически в два раза:

МАТЧАСТЬ: Один из графиков в начале статьи демонстрировал неравномерность АЧХ около 12 дБ для SuperFi 5, подключенных к источнику с импедансом 43 Ом. Если мы примем номинальное значение 21 Ом за опорное, а выходное напряжение источника примем равным 1 В, уровень напряжения на наушниках будет следующим:

Опорный уровень: 21 / (43 + 21) = 0.33 В - что соответствует 0 дБ
При минимальном импедансе 9 Ом: 9 / (9 + 43) = 0.17 В = -5.6 дБ
При максимальном импедансе 90 Ом: 90 / (90 + 43) = 0.68 В = +6.2 дБ
Диапазон изменения = 6.2 + 5.6 = 11.8 дБ

УРОВНИ ДЕМПФИРОВАНИЯ: Демпфирование динамиков, как пояснялось ранее, может быть либо чисто механическим (Qms), либо складываться из электрического (Qes) и механического демпфирования. Суммарное демпфирование обозначается Qts. Как эти параметры взаимодействуют на низких частотах - объясняется моделированием Тиля - Смолла . Уровни демпфирования можно подразделить на три категории:

Критическое демпфирование (Qts = 0.7) - Многие считают его идеальным случаем, так как оно обеспечивает наиболее глубокие НЧ, без каких-либо отклонений АЧХ или чрезмерного звона (неконтролируемых перемещений диффузора). Бас такого динамика обычно воспринимается как «упругий»,«четкий» и «прозрачный». Большинство считает, что Qts 0.7 обеспечивает идеальную переходную характеристику.
Избыточное демпфирование (Qts
Слабое демпфирование (Qts > 0.7) - Позволяет получить некоторое усиление НЧ с пиком в верхней части НЧ диапазона. Динамик контролируется не полностью, что приводит к чрезмерному «звону» (т.е. диффузор недостаточно быстро прекращает своё движение после затухания электрического сигнала). Слабое демпфирование приводит к отклонениям АЧХ, менее глубоким басам , плохой переходной характеристике и подъему АЧХ в области верхней границы НЧ. Слабое демпфирование - это дешевый способ поднять уровень басов ценой их качества. Этот прием активно используется в дешевых наушниках, дабы создать «поддельные басы». Звучание недодемпфироанных динамиков часто характеризуется как «гулкий» или «небрежный» бас. Если ваши наушники рассчитаны на электрическое демпфирование, и вы будете использовать их с источником, имеющим импеданс более 1/8 импеданса наушников, вы получите именно такие, недодемпфированные НЧ .

ТИПЫ ДЕМПФИРОВАНИЯ: Есть три способа демпфирования динамиков / контроля резонанса:

Электрическое демпфирование - Уже известное нам Qes, оно подобно рекуперативному торможению в гибридных электромобилях. Когда вы жмете на тормоза, электромотор замедляет движение машины, превращаясь в генератор и передавая энергию обратно батареям. Динамик способен выполнять то же самое. Но если выходной импеданс усилителя увеличивается, эффект торможения значительно снижается - отсюда и правило 1/8.
Механическое демпфирование - Известное как Qms, оно скорей подобно автомобильным амортизаторам. По мере того, как вы увеличиваете механическое демпфирование динамика, оно ограничивает управлющий им музыкальный сигнал, что приводит к большей нелинейности. Это увеличивает искажения и снижает качество звучания.
Демпфирование за счет корпуса - Корпус может обеспечить демпфирование, но при этом требуется, чтоб он был закрытым - либо с правильно настроенным фазоинвертором, либо с контролируемым ограничением. Множество топовых наушников конечно же являются открытыми, что исключает возможность использования демпфирования за счет корпуса, как в акустических колонках.

УРОВЕНЬ ПРИЖИМА: Для наушников, которые имеют достаточно плотную посадку, вроде полноразмерных охватывающих с плотно прилегающими амбушюрами, разработчик могут учитывать возможность некоторого дополнительного демпфирования за счет ушной раковины. Но форма головы, ушей, прическа, посадка наушников, наличие очков и другие факторы делают этот эффект практически непредсказуемым. Для накладных наушников эта возможность отсутствует вообще. Ниже вы видите два графика, изображающих импеданс Sennheiser HD650. Обратите внимание: резонансный пик на НЧ в открытом виде имеет уровень 530 Ом, но при использовании искусственной головы значение снижается до 500 Ом. Причиной этого является демпфирование за счет закрытого пространства, образованного ушной раковиной и амбушюрами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Надеюсь, теперь понятно, что единственным путем достижения эффективной работы связки наушники-усилитель является соблюдение правила 1/8. Хоть кое-кто и предпочитает звучание при более высоком выходном импедансе, оно в крайней степени зависит от используемой модели наушников, значения выходного импеданса и личных предпочтений. В идеале - следовало бы создать новый стандарт, в соответствии с которым разработчики должны были бы выпускать источники с выходным импедансом менее 2 Ом.

Информация от спонсора

KUPI.TUT.BY: удобный каталог ноутбуков, ноутбуки цены . Здесь Вы можете подобрать и купить ноутбук по низкой цене. Удобство оплаты, доставка, гарантия качества.

Оригинал статьи на английском: Headphone & Amp Impedance

Почему так важно значение выходного импеданса источника (усилителя), как он взаимодействует с наушниками и на что влияет.