Вооружившись терпением, каждый сможет сам рассчитать все требования наушников к источнику сигнала. Математика несложная, школьного образования должно быть достаточно.
Самыми важными характеристиками наушников являются их импеданс и чувствительность. Если импеданс это приблизительно среднее сопротивление на частоте 1000 Гц, отличается от сопротивления постоянному току не катастрофически и можно измерит простым омметром, то чувствительность измерить совсем не просто и следует использовать данные, которые дают производители. Другое дело, что производители пытаются преподнести свою продукцию в наилучшем виде, поэтому умышленно иногда не дают полной информации. Например, указать чувствительность наушников 100dB, это практически ничего не сказать, поскольку нет параметра, при котором это значение получено, то есть это нуль информации. Любые наушники могут дать 100dB, только для одних потребуется 10-и ватный усилитель, а другие и с простым плеером будут ?громыхать?. Поэтому принято указывать чувствительность, как величину звукового давления, при выделении на наушниках 1-го милливатта мощности (dB/mW), или как величину звукового давления, развиваемого наушниками, при подаче на наушники 1-го вольта (dB/V), выраженную в децибелах (dB). Это стандарт в международной практике измерений. Никакие другие условия не используются и не приняты в международной практике. Все что дают отличного от представленного обозначения и условий некоторые фирмы, это их личная инициатива, направленная на ? понятно, на что, да?
Принятые значения чувствительности связанны между собой, поэтому легко переводятся одно в другое. Звуковое давление оценивается относительно ?порога слышимости?, которое равно 0,00002Па (паскаля), поэтому значения звукового давления даются относительно именно этой величины, а относительные значения вычисляются через десятичные логарифмы.
Нужны всего две формулы:
(1).
(2).Pср ? это Рср.ст средне-стандартное звуковое давление, значение которого было указано для всех советских динамических головок, до появления значений выраженных в децибелах. В формулах это одна и та же величина, поэтому полученное значение в одной формуле просто переносится в другую.
U0.1w ? напряжение при 100 милливаттах на наушниках, рассчитывается как корень квадратный из произведения импеданса наушников на 0,1W. Например, импеданс равен 100 Ом, значит, напряжение на наушниках будет U0.1w=(100*0.1)^(1/2)=10^(1/2)=3.16 приблизительно, калькулятор даст точное значение. Величина связана с Рст, поэтому задумываться о ней, откуда берется, необязательно.
Например, наушники Etymotic ER-4S имеют импеданс 100 Ом, заявлены производителем с чувствительностью SPL(1v)=108dB/V и SPL(1mW)=98dB/mW, проверяем.
98/20=4.9
Pср=10^4.9*0.00002/0.1=15,88Па
SPL(1v)=20lg15.88/[10^(1/2)*0.00002]=108dB
Можно наоборот:
108/20=5.4
Pср=10^5.4*0.00002*10^(1/2)=15.88Па
SPL(1mW)=20lg(15.88*0.1/0.00002)=98dB
Как выяснить способность усилителя ?раскачать? наушники? В первую очередь надо учесть, что музыкальный сигнал имеет очень большой динамический диапазон, особенно классическая музыка, популярная музыка имеет значительно меньший динамический диапазон, но выше средний уровень, который люди и оценивают как уровень громкости.
Для наушников Etymotic ER-4S, имеющих 100 Ом и чувствительность 98dB/mW, надо иметь источник с выходным напряжением, обеспечивающим звуковое давление 94dB.
Вычисляется по первой формуле.
94/20=4.7
Uimp=[10^4.7*0.00002*10^(1/2)]/15.88=0.2V
Но это еще не все, это лишь средний уровень, как видно такое напряжение способно обеспечить практически любое устройство, рассчитанное на низкоомную нагрузку. Самое главное пики музыкального сигнала, которые в среднем можно оценить на 20dB выше среднего уровня. Значит, полученное напряжение нужно увеличить в 10-ь раз, а чтобы получить его амплитудное значение все это надо увеличить еще на корень из 2-х.
Uam=0.2*10*2^(1/2)=2.82V
Это уже не мало, но на такой нагрузке справится большинство выходных каскадов даже переносных устройств, особенно с популярной музыкой.
Таким образом, рассчитывая наушники с другими характеристиками, можно выяснить, сможет их ?раскачать? усилитель или не сможет.
Для определения звукового давления развиваемого наушниками или АС (акустическими системами), можно использовать формулы по мощности, которые даже проще применять, чем предложенные ранее. Вывод формул громоздок, поэтому здесь не приводится, но все формулы связанны между собой.
Все что нужно, это выяснить ту мощность, на которой требуется получить звуковое давление и мощность относительно которой вычисляется значение, в одном варианте при 1V приводимой производителем чувствительности, или для 1mW в другом случае.
Для АС (акустических систем) приводится характеристическая чувствительность при подводимой мощности в 1W, поэтому звуковое давление надо рассчитывать относительно этой величины.
(3).
(4).Можно автоматизировать процесс:
http://www.headphone-amplifier.com/calculator.htm
