Разные наушники при подаче одинакового уровня сигнала с усилителя играют с разной громкостью. Наушники с высокой чувствительностью играют громко, а наушники с низкой чувствительностью играют тихо.

По вертикали на графике АЧХ указывается уровень звукового давления, в мировой практике выражается в децибелах (дБ). Значения могут указываться относительными, а могут быть абсолютными в SPL (Sound pressure level — уровень звукового давления). Если значения указаны в SPL и указано, при каком уровне напряжения или мощности, то можно вычислить чувствительность наушников. Зная чувствительность наушников, можно вычислить, с какой громкостью будут играть наушники при подаче определенного уровня сигнала.

На графике показаны наушники с разной чувствительностью, для дальнейшего примера сопротивление наушников примем равным 32 Ом. Это важно для того, чтобы связать мощность с выхода усилителя и чувствительность, выраженную по отношению к мощности, а не напряжению. Ниже предлагается наглядная табличка.

Зависимость от чувствительности

  наушники с высокой чувствительностью (зеленый) наушники с выше средней чувствительности (желтый) наушники со средней чувствительностью (красный)Чувствительность по отношению к напряжению на 1 кГц, В 133 121 108Чувствительность по отношению к мощности на 1 кГц, мВт 118 107 94Подаваемое напряжение на наушники для достижения громкости в 120 дБ, В 0.23 0.8 3.6Подаваемая мощность на наушники для достижения громкости в 120 дБ, мВт 1.6 3 405Соотношение длительности работы усилителя от одинаковой батареи 1 раз 2 раз 250 разЕсли у усилителя максимальный уровень напряжения для 32 Ом равен 0.3 В / 3 мВт, то максимальная громкость наушников будет равна, дБ SPL 122 111 98

Чувствительность по отношению к напряжению берется прямо из графика АЧХ, там, где линии графика пересекают 1 кГц, по вертикальной шкале берется значение в дБ. По отношению к мощности значение отдельно пересчитывается. Знание чувствительности необходимо как для расчета максимальной громкости, которую могут развить наушники при использования конкретного усилителя, так и для расчета энергопотребления.

Для перевода чувствительности из дБ/В в дБ/мВт и наоборот предлагается следующая табличка:

Соотношение чувствительности дБ/В и дБ/мВт

Если наушники на графике АЧХ на 1 кГц пересекают по вертикали значение 125 на 1 кГц и сопротивление наушников равно 50 Ом на 1 кГц, то смотрим строчку для 50 Ом. Значение 125 видно в столбце 110 дБ/мВт, что и есть чувствительность данных наушников в соотношении дБ/мВт. Если известно, что у наушников сопротивление 85 Ом, а чувствительность 105 дБ на 1 кГц, то смотрим строчку для 85 Ом и столбец 105 дБ/мВт, получаем значение 116 дБ/В. На таком уровне по вертикали будет пересекать график АЧХ значение 116 дБ по вертикали на 1 кГц.

В паспортных характеристиках зачастую пишется чувствительность наушников. Однако из-за отсутствия жесткого стандарта к конструкции измерительного стенда, у разных производителей чувствительность несопоставима. К примеру, Sennheiser CX 550 Style II и AKG IP 2 обладают одинаковой чувствительностью, но в паспортных данных указано 114 дБ/1В на 1 кГц для CX 550 и 123 дБ/1В на 1 кГц для IP 2. На нашем стенде чувствительность наушников составила 128 дБ / 1 В на 1 кГц. Возникает закономерный вопрос, если данные так различаются, то стоит ли на чувствительность обращать внимание? Т.к. каждый производитель для определенных типов наушников использует зачастую один стенд, то благодаря нашим измерениям можно делать относительную поправку на чувствительность. Также следует учесть, что разные производители измеряют чувствительность на разных частотах, например Sennheiser и AKG приводят чувствительность относительно 1 кГц, а Beyerdynamic по стандарту IEC 60268-7 — 500 Гц, что при разных АЧХ наушников дает разные результаты. Так же производитель может указать среднее значение для определенного частотного диапазона или наоборот пиковое значение по всему частотному диапазону. Производитель может привести чувствительность с поправкой на громкость звука представленного не для гармонического, а для шумового сигнала. В данном случае значение чувствительности будет ниже на 9 дБ.

Высокие значения чувствительности по отношению к 1В не должны пугать. Если у наушников вкладышей/затычек чувствительность оказалась на уровне 130 дБ/В, и при этом у наушников сопротивление 32 Ом, то в пересчет на мВт это будет всего 105 дБ, подобную цифру можно увидеть на многих коробках. Для примера взглянем на максимальное выходное напряжение у среднестатистического плеера.

Большинство плееров на низкоомной нагрузке выдают лишь 0.2~0.3В, что позволяет развить давление в данных наушниках лишь до 110 дБ. Однако это значение справедливо для синуса, а для музыкального сигнала с учетом его энергетической плотности значение опустится еще примерно на 9~12 дБ и составит не более 101 дБ. В метро уровень шума на уровне 95 дБ. Получается, что вкладыши/затычки будут играть лишь на 6 дБ громче. Дополнительную разницу даст шумоизоляция затычек закрытого типа.

Также важно, что чувствительность дает довольно приблизительные данные о том, с какой громкостью будут играть наушники.

В примере показаны наушники с формально одинаковой чувствительностью 114 дБ/В как для частоты 500 Гц, так и 1 кГц. Однако видно, что у одной модели на АЧХ подняты низкие и высокие частоты (оранжевый график), а у другой наоборот низкие и высокие частоты завалены (голубой график). В итоге первые наушники субъективно будут громко играть, а вторые тихо, несмотря на формальную одинаковую чувствительность. По этой причине ориентироваться нужно именно на графики с АЧХ, в то время как данные по чувствительности без АЧХ могут не показать полной картины.

Стенд как таковой может настраиваться разными способами, по шуму в открытом или номинальном пространстве, по синусу или другому сигналу. В зависимости от способа, значения будут различаться, причем различия могут достигать до 10 дБ и выше. Предпочтение отдается субъективной экспертизе, при настройке на синусах в районе низких частот и узкополосном шуме на высоких. Наш стенд откалиброван по розовому шуму с частотным диапазоном 300 Гц — 2 кГц при субъективном сравнении громкости сигнала между наушниками и акустической системой.

Это позволяет оценить громкость тех или иных наушников в соответствии с акустическими системами. По данному методу ранее рекомендовалось субъективно вычислять АЧХ наушников в ГОСТ 28728-89 (метод прямого измерения — сравнительная частотная характеристика наушников в свободном поле).

Стоит обратить внимание на то, что жесткого стандарта как такового не существует и это дает возможность производителям указывать данные из маркетинговых соображений. Можно указать большую чувствительность для лучших продаж определенной модели, как более чувствительной, а можно занизить значение, что бы здравоохранительные органы не попрекали за пособничество в потери слуха у молодежи. Также некоторые производители могут приводить чувствительность наушников исходя из чувствительности капсюля, не учитывая, что итоговая чувствительность наушника в сборе будет отличатся. Таким образом к данным на коробках стоит подходить с осторожностью.

Мы предлагаем результаты измерений, сделанных в одинаковых условиях, что позволяет проводить корреляцию данных между собой. Особое внимание стоит обратить на то, что чувствительность для больших наушников и вкладышей/затычек измеряется в одних и тех же условиях, что позволяет сопоставлять чувствительность наушников между собой.

Нельзя не упомянуть и о погрешности измерений. В зависимости от посадки наушников итоговое значение может колебаться в районе 3-4 дБ. Для полноразмерных наушников итоговая АЧХ является средним значением между АЧХ для правого и левого наушника. Таким образом данные выглядят как 103 ±2 дБ/В.

Существуют исследования, результаты которых определяют связь между громкостью и значениями в SPL:

Значения SPL в дБ

Звук/Громкость дБПорог слышимости 0Тиканье наручных часов 10Шепот 20Звук настенных часов 30Приглушенный разговор 40Тихая улица 50Обычный разговор 60Шумная улица 70Опасный для здоровья уровень 80Пневматический молоток 90Кузнечный цех 100Громкая музыка (на дискотеке, концерте) 110Болевой порог 120Клепка, сирена 130Реактивный самолет 150Смертельный уровень 180Шумовое оружие 200

Данные значения относятся к уровням громкости для акустических систем, с учетом повреждения внутренних тканей человека от низких частот. В наушниках низкие частоты действуют только на барабанную перепонку и не действуют на остальные участки тела — сердце, печень, мышечные ткани и т.п. По этому в наушниках порог на максимальную громкость, в целом выше, однако все равно следует помнить, что долгое прослушивание на высокой громкости до добра не доведет. Также таблица показывает значения для гармонических сигналов. Т.к. музыкальный сигнал по спектральной плотности близок к шуму, то в целом громкость музыкального сигнала снижается на 9 дБ (из соотношения энергетической плотности синуса и шума, для синуса — 3 дБ, для шума — 12 дБ).

Представление чувствительности к напряжению удобны тем, что можно наглядно оценить зависимость громкости от подаваемого напряжения. Шаг в 6 дБ дает изменение напряжения в два раза. Зависимость изменения громкости от подаваемого напряжения логарифмическая. При выборе наушников можно также сделать вывод, если у наушников А чувствительность равна 100 дБ, а у наушников Б — 106 дБ, то это значит, что наушники А будут играть с аналогичной громкостью как и наушники Б, если для них выставить у усилителя громкость в два раза выше.