Усилить, чтобы услышать (выбираем усилитель для наушников)
Нередко бывает, что после покупки дорогих внутриканальных наушников (вроде Westone 4 или Sony XBA-4) качество звука поднимается далеко не на ту ступень, которая ожидается от топовой модели. Аналогичная картина наблюдается и с полноразмерными моделями (крупными наушниками, вроде Audez’e LCD2): вроде бы и громкость хорошая, но сам звук какой-то мутный, безжизненный и резко-раздражающий.
Обычно такая ситуация типична при подключении наушников к сотовому телефону, музыкальному центру или встроенной звуковой карте. В поисках решения выясняется, что нужен специализированный усилитель для наушников. Давайте попробуем разобраться, какую роль он играет, и каковы его возможные технические параметры.
Вспоминаем физику
Энергопотребление прибора, включенного в розетку, принято выражать через мощность, которая, как известно, зависит от сопротивления этой нагрузки. К усилителям для акустических систем, как правило, подключаются колонки с сопротивлением в 4 Ом или 8 Ом. Производители обычно указывают максимальную мощность для каждого типа колонок, и такой информации достаточно, чтобы примерно оценить итоговую громкость, развиваемую системой. У наушников ряд типовых сопротивлений насчитывает 11 значений, от 8 Ом и до 600 Ом. К сожалению, производители не дают полной информации о максимальной мощности на каждом из номиналов нагрузки.
Подключив к усилителю наушники или колонки, мы с помощью регулятора громкости задаём уровень напряжения, подаваемый на эту нагрузку. Потребляемый ток при этом пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки. Читатель может вспомнить формулу из школьного курса физики I = U/R, где I – ток, U – напряжение, а R – сопротивление. Чтобы не вдаваться в тонкости и термины, достаточно представлять себе соотношения между параметрами цепи на уровне приведенных выше пропорций: «больше сопротивление – меньше ток» и т.д. Соответственно, чем ниже будет сопротивление наушников, тем больший уровень тока надо отдать усилителю, в то время как высокоомным наушникам, наоборот, нужен незначительный ток.
Здесь нужно обратить внимание на отличие усилителя от прибора, включенного в электрическую розетку, где поддерживает переменное напряжение постоянного уровня (его среднеквадратичная величина всем известна – 220 В). На выходе усилителя мы можем выставить и 1 В, и 10 В, и любое другое напряжение. Но если для прибора, запитанного от розетки, энергопотребление будет прямо пропорционально потреблению тока, то у усилителя для наушников это не так: потребление тока будет зависеть как от уровня выставленного напряжения на выходе, так и от величины нагрузки.
Обратная сторона экономии
У каждого усилителя есть два ограничивающих фактора: это уровни максимального напряжения и максимального выходного тока. В случае, когда мы выставляем настолько высокую громкость, что усилителю не хватает напряжения или тока, в выходном сигнале прибора возникают заметные и неприятные искажения.
Colorfly C3
Низкоомные наушники, как правило, обладают высокой чувствительностью, и им не нужен усилитель с высоким порогом выходного напряжения. В сотовых телефонах и плеерах зачастую усилитель ограничен уровнем выходного напряжении 0,2 - 0,3 В, а в мощных плеерах вроде HiSound или Colorfly C3 – уровнем порядка 0,5-0,7 В. Первого уровня напряжения вполне хватает для низкоомных внутриканальных наушников, а второго – даже для полноразмерных крупных наушников. Однако такие наушники потребляют большой ток, и производители мобильных и портативных устройств стараются этого избежать.
Экономия, на которую они при этом идут, проявляется либо в использовании максимально экономичных микросхем усилителей (с высоким КПД, малым потреблением тока, но в итоге с низким качеством звучания), либо в ограничении питания усилителя, в результате чего он работает с искажениями. Впрочем, производители экономят на энергопотреблении не зря: эти меры позволяют сотовому телефону или плееру долго работать на одном заряде компактной аккумуляторной батареи, что очень важно с учётом скромных габаритов этих устройств. Но в жертву приносится качество звука.
На внешнем питании
У самых качественных на сегодняшний день плееров – таких, как Colorfly C4 Pro и iBasso DX100 – достаточно большие габариты как раз потому, что их производители не экономили на энергопотреблении. Помимо таких плееров существуют и портативные усилители, которые питаются от собственного аккумулятора и подключаются к любому источнику питания. Благодаря высокому сопротивлению на входе они практически не потребляют энергии от телефона или плеера и позволяют слушать музыку долго, как если бы телефон воспроизводил её на очень низком уровне громкости. Портативные усилители могут быть предназначены как для внутриканальных наушников, вроде iBasso D-Zero, так и для крупных наушников, вроде iBasso D12 Anaconda. Для владельцев планшетов и ноутбуков эти усилители можно даже подключить по USB, словно компактную внешнюю звуковую карту.
Colorfly C4 Pro
iBasso D-Zero
Для домашних наушников может потребоваться как усилитель с большим порогом выходного тока и низким уровнем напряжения для низкоомных моделей, так и наоборот – с низким порогом для выходного тока и высоким порогом для выходного напряжения. Поэтому усилители делятся условно на универсальные (работающие с практически любым сопротивлением наушников), так и на приборы, работающие преимущественно с определенным номиналом нагрузки, что позволяет лучше оптимизировать схему усилителя и получить прирост в качестве.
Сводя шумы к минимуму
А почему не использовать вместо усилителя для наушников обычный усилитель для колонок, который и напряжения, и тока может выдать больше? К сожалению, усилители для колонок изначально рассчитаны на высокий уровень сигнала, а на малых уровнях получается либо много искажений, либо хорошо слышен фоновый шум усилителя. С колонок, обладающих более низкой чувствительностью, шум практически не слышен, даже когда ухо подносится непосредственно к динамику, а вот у наушников динамик и более чувствительный, и расположен слишком близко к уху. По этой причине усилитель для наушников проектируется таким образом, чтобы фоновый шум был максимально низок.
Из-за большого количества типовых сопротивлений, условно делящихся на низкоомные и высокоомные, некоторые усилители содержат два выхода для наушников. Вход для низкоомных наушников, как правило, тише и более качественно работает на низких уровнях громкости.
На лампах или на транзисторах?
Особого упоминания достойны ламповые усилители. Сегодня лампа редко используется в усилителях, т.к. не экономична по сравнению с транзистором, требуя большого расхода энергии, а также не позволяет сделать усилитель компактным и «холодным». Тем не менее, ламповые усилители очень музыкальны и не сдают позиции в аудиосистемах, которыми пользуются ценители качественного звука.
Laconic LunchBox 6 Pro
Laconic Night Blues mini
Один из самых бюджетных и компактных усилителей – Laconic LunchBox 6 Pro, предназначенный в основном для работы с высокоомными наушниками. Обычно транзистор способен пропустить через себя большой уровень тока, но ограничен по уровню напряжения, в то время как лампа, наоборот, может работать с высоким напряжением, но ток достаточно мал. По этой причине связка из высоокоомных наушников и лампового усилителя наиболее оптимальна. Для низкоомных наушников делают более сложные ламповые усилители, где усилительный каскад работает с высоким напряжением, которое, в свою очередь, подается на понижающий трансформатор. После этого на выходе получается низкое напряжение и хороший запас по уровню тока, достаточного для работы с низкоомными наушниками. Ярким примером такого устройства может служить модель Laconic Night Blues mini.
Подбираем усилитель
По какому параметру стоит подбирать усилитель? В идеале для этого нужна таблица, в которой бы была указана максимальная мощность для каждого типового сопротивления наушников. Однако в технических данных приборов, в самом лучшем случае указывается лишь максимальный уровень мощности, исходя из которого не всегда можно вычислить максимальный уровень тока и напряжения для остальных типов сопротивлений. В этой ситуации остается полагаться на указанные допуски сопротивления, с которыми работает усилитель. Например, если нижнее ограничение – 30 Ом, то это значит, что наушники с сопротивлением 16 Ом будут воспроизводить звук с искажениями. Если же указано максимальное сопротивление 300 Ом, то, значит, наушники с сопротивлением 600 Ом будут играть недостаточно громко. Все остальные характеристики, такие как частотный диапазон и уровень искажений, носят в основном справочный характер.
Текст: Роман Кузнецов
