Подключение головных телефонов к усилителю мощности

Обновлено: 24.01.2025

Встраиваемый в ЦАП усилитель для головных телефонов

Конструкция напрашивалась уже давно. Сделана была тоже еще в том году, но выложить собрался вот только сейчас.

Ушничек для работы в составе ЦАП.
Хотелось что был
а) более-менее универсальный в плане нагрузки.
б) чтоб позволял нормально отрабатывать диапазон в 120 дБ (громкость, шум)
г) чтоб имел нормальные формальные характеристики, т.е. искажал хотя-бы на порядок (10 раз, 20 дБ) меньше чем источник (ЦАП с искажениями -120 дБ);
д) чтоб соответствовал субъективным представлениям о "правильном звуке", которым, как известно формальные характеристики не указ.

Вроде получилось. Выглядит как-то так:

Основные особенности изложены в популярном описании:
HeadAmp_Description_rev02.pdf
Выдержки оттуда:

Скрытый текст

Питание:
Модуль выполнен на четырехслойной плате размером 135 х 135 мм. Один из внутренних слоев полностью отведен под "землю". Полигон "земли" сделан не сплошным, а секционированным с целью разграничения токов в специфических областях (источники питания, малосигнальные / сильноточные узлы, сервисные цепи). Земляные секторы сделаны перекрывающимися в смежных слоях, что обеспечивает емкостную связь между соседними полигонами. В итоге разводка земли оказывается своего рода разновидностью "звезды" на звуковых частотах (ЗЧ, где это способствует минимизации искажений) и сплошного полигона на ВЧ (чем достигается помехозащищенность платы). Помимо этого, организованы локальные "островки земли", которые точечно подсоединяются к полигону в оптимальном месте.
Общая компоновка предполагает преимущественную перпендикулярность направления течения сигнальных токов и токов питания, что минимизирует их взаимовлияние.
Для минимизации помех все цепи питания сделаны "бутербродом" - положительный и отрицательный полигоны по возможности геометрически идентичны и располагаются друг над другом.
Питание мощного выходного каскада выполнено по оригинальной схеме так называемого стабилизатора параллельного типа. Ток, отбираемый от источника первичного питания, стабилен и не модулирован током звуковой частоты, что благотворно сказывается на звуке. Стабилизация тока потребления сочетается со стабилизацией напряжения. От данного стабилизатора питается исключительно выходной каскад, все остальные цепи запитаны от точки ввода напряжения питания на плату т.е. (благодаря стабилизатору) "не чувствуют" выходного каскада.
Питание малосигнальной части отделено от общего питания синфазным дросселем. Благодаря этому даже на частотах ниже 100 Гц входная часть оказывается запитанной как бы от индивидуального источника. Опыты показали, что опциональное использование дополнительного отдельного источника питания не имеет преимуществ.
Также к линиям малосигнального питания (между его положительной и отрицательной шинами) подключены все реле устройства. Сделано это с целью избежать соединения катушек реле с земляным полигоном. Помимо этого, катушки бистабильных реле регулятора громкости в обычном режиме неактивны и вообще отключены от внутренних цепей коммутирующего их микроконтроллера.
Плата потребляет довольно существенную мощность (

20 Вт), поэтому на время, когда телефонный усилитель не востребован, его можно перевести в режим пониженного энергопотребления простым выдергиванием из гнезда "джека" головных телефонов.

От входа к выходу:
После входного ВЧ-фильтра (400 кГц) сигнал попадает на релейный регулятор громкости (РГ). Он имеет 64 ступени с шагом 1.5 дБ и выполнен на малогабаритных бистабильных реле с золото-рутениевыми контактами (Axicom IM07, IM42, контактные поверхности чисто золотые). Это надежный способ обеспечить идеальную коммутацию малых токов в течение продолжительного периода эксплуатации.
Реле управляются микроконтроллером, который активизируется только на время переключения. После коммутации реле микроконтроллер отключается. Поскольку внутренний АЦП микроконтроллера не активен в режиме сна с полным гашением внутренней генерации, использована схема на компараторах, которая детектирует начало движения ручки потенциометра и "будит"/активирует микроконтроллер.
Для удобства пользования шкала регулировки сделана нелинейной, наиболее употребительным уровням в диапазоне от максимального до -48 дБ отведены верхние 2/3 шкалы, а уровням -48 - -96 дБ соответственно нижняя треть.
После РГ сигнал попадает на ОУ усилителя (LT1122) умощненный разновидностью параллельного усилителя тока, известного под названием "diamond buffer". Схема имеет ряд не очень принципиальных, но полезных особенностей. В частности, за счет того, что выходные транзисторы буфера питаются пониженным напряжением, транзисторы первой ступени удалось запитать от "двухэтажных" источников тока, что минимизирует тепловые колебания их режима (в том числе и со звуковой частотой - "тепловые искажения").
Необходимо отметить еще одну особенность данной схемы. У нее, как у любого инвертирующего усилителя, выходной сигнал "перевернут" относительно входного, и их суммирование должно в идеале давать ноль. На практике в точке суммирования имеется некоторый сигнал - в чистом виде "ошибка усиления" данного блока (включающая в себя все многообразие искажений и погрешностей - гармонические, интермодуляционные, тепловые, избыточный шум и т.д.). Ну а раз уж ошибка усиления выделена, разумной представляется попытка скорректировать ее в усилителе. Такой подход, также известный как применение так называемого "селектора искажений" известен достаточно давно, но, к сожалению, оказывается довольно сложным для корректной реализации.
Принцип, положенный в данную схему, состоит в том, чтобы основную работу по-прежнему делал главный усилитель - быстрый и довольно точный. Схема же селектора искажений (на AD8066) фактически только неспешно "поправляет" сигнал в малом, сводя ошибку усиления (= искажения всех видов) к пренебрежимо малой величине в звуковом диапазоне.
Главенствует принцип "не навредить". В частности, именно поэтому в схему введен контроль сигнала коррекции ошибок ("детектор искажений"). Если по каким-либо причинам (перегрузка выходного каскада по току или напряжению, особенности фонограммы и т.п.) искажения основного усилителя окажутся не малыми, и их исправление может выйти за пределы возможностей, усилитель кратковременно отключит наушники до восстановления нормальной работы. Таким образом, некорректные режимы просто отсекаются.
Нужно отметить, что энергетические возможности схемы (ограничение по амплитуде

14 Вольт, по току

0.18 Ампера в режиме чистого класса А), в общем-то, позволяют работать, не достигая критичного режима ни по напряжению ("клиппирование"), ни по току. Но на практике выяснилось, что первое время после начала прослушивания уровень громкости часто недооценивается и даже превышение порога в 120 дБ не воспринимается как нечто чрезмерное. Как следствие, усилитель вгоняется в режим перегрузки. На этот случай реализовано автоматические уменьшение громкости по сигналу от детектора искажений. Через 4 секунды после последнего поворота ручки громкости при наступлении перегрузки уровень громкости снижается (не чаще чем раз в 2 секунды) до полного исчезновения перегрузки. После нового прикосновения к ручке громкости (небольшого ее поворота) уровень громкости возвращается к значению, соответствующему углу поворота ручки громкости.

Рисунок иллюстрирует выходную мощность усилителя в зависимости от сопротивления нагрузки. Базовую область работы в чистом классе А отображает зеленая область. Голубая область показывает режимы, в которых один из выходных транзисторов начинает запираться. Хотя такой "идеологически вредный" режим изначально не рассматривался как рабочий, ухудшения объективных характеристик в этой области на данный момент не обнаружено, субъективные же оценки этого диапазона мощностей затруднены ввиду очень высокого уровня громкости. Красным отмечена зона максимальной мощности, в этой области должна срабатывать защиты по току, с соответствующим автоматическим снижением громкости.
Головные телефоны подключены к усилителю через RLC цепь. На нее возложено несколько задач. В частности, последовательное RC звено на выходе демпфирует возможные резонансы кабеля, а LR цепь ослабляет проникновение помех, наводящихся на кабель головных телефонов. Кроме того, отделение нагрузки позволило добиться нечувствительности усилителя к ее емкости и, в более широком смысле, к импедансу кабеля, являющимся, по сути, длинной линией. При повышении емкости нагрузки усилитель остается устойчивым вплоть до срабатывания защиты по току.
Важной особенностью конструкции является наличие интегратора - сервисного устройства для поддержания нулевого постоянного напряжения на выходе усилителя. С одной стороны, головные телефоны очень не любят постоянное смещение, потому наличие интегратора весьма желательно. С другой стороны, накоплен довольно большой негативный опыт применения подобных устройств, что заставило очень вдумчиво подойти к конструированию данного узла. В усилителе реализован двухступенчатый алгоритм работы интегратора. Он активируется при включении устройства (и при срабатывании защиты), причем оказывается в "быстром" режиме, что позволяет стабилизировать напряжение на выходе за доли - несколько секунд. В этот момент выход усилителя неактивен и закорочен, т.е. переходные процессы не затрагивают нагрузку. Через некоторое время, выход активируется и одновременно с этим интегратор (посредством дополнительного реле) переводится в "полуизолированное" состояние. В этом режиме реакция на колебания постоянной составляющей чрезвычайно инертна (постоянная времени

500 секунд, что, впрочем, достаточно для компенсации термодрейфов), но зато обеспечивается как экстремально низкая нижняя рабочая частота 0.001 Гц (на практике неотличимо от УПТ), так и полная субъективная неслышимость интегратора в составе усилителя.

Если совсем коротко:
Класс А + параллельный повторитель (diamond buffer) + ОУ + селектор искажений + БП с шунтом параллельно нагрузке + релейный РГ + немного мелочей всяких разных.

Подключать хорошую аудиосистему всегда нужно с качественным головным устройством – магнитолой. Если вы купили хороший усилитель и качественные колонки, то плохая магнитола испортит вам звучание как минимум слабым функционалом настройки.

Как-то раз моя магнитола сломалась и начала «фонить». Тогда я немного переделал схему подключения не выкидывая магнитолу, но не используя ее в аудиосистеме. Практически не используя.

Схема подключения

Если вы не разбираетесь во всех этих устройствах, объясню на пальцах. Вы передаете магнитоле звук, через USB, AUX, Bluetooth – не важно. Дальше она через «колокольчики» RCA отдает его усилителю, который в свою очередь передает сигнал на колонки.

Так как магнитола является первоисточником, то именно на ней все настраивается в большинстве случае. Режутся частоты по каналам и т.д. Речь сейчас не про это. Но, настройки есть на самом усилителе, которыми тоже пользуются.

Идея следующая – заменить магнитолу вашим смартфоном. Мы будем передавать музыку напрямую усилителю, а не через магнитолу. Соответственно настраивать все звучание будем на усилителе.

Подключение 2-канального усилителя

Мы покупаем кабель RCA – jack. Это кабель с одной стороны которого два «колокольчика», а с другой стороны которого AUX. Они продаются сразу 5-метровые. Я покупал короткий, так как у меня дома завалялся AUX удлинитель.

«Колокольчики» подключаем к усилителю, теням провод через весь салон к водительскому креслу, где другой конец подключаем к телефону.

Подключение 4-канального усилителя

Мой усь был 4-канальным, поэтому мне потребовалась пара так называемые «игриков». Это разветвитель, где 2 папы и 1 мама. Таких кабелей потребуется 2 штуки. Папы подключаются к усилителю и в две мамы вставляем наш переходник AUX.

Дальше также тянем провод к водительскому сиденью.

Питание усилителя

Это явный минус такого способа, ведь усилитель будет всегда включенным. В моем случае магнитола работала, она просто издавала фон. Поэтому я оставил управляющий провод и включением магнитолы включал усилитель, а звук уже передавал со смартфона.

Если вы изначально без магнитолы, то можно приколхозить какой-нибудь тумблер или кнопку.

Цена вопроса – не более тысячи рублей, вместо нескольких тысяч на покупку магнитолы.

Не стоит таким образом подключать мощные системы. Что произойдет – непонятно, но все равно в таком случае лучше вложиться в покупку хорошего головного устройства.

Сразу откровенно скажу, что это был мой первый аудиоусилитель, а это первая моя подобная статья, и если кто-то из более опытных и знающих датагорцев увидит слабые места данного проекта, прошу сообщить мне об оных, буду премного благодарен!
Началось все с того что под новый год решил я сам себе сделать небольшой подарок, а именно наушники одной небезызвестной немецкой фирмы. Так как всю жизнь музыку я слушал либо через недорогую китайскую мультимедийную акустику либо в корейской машине, новое приобретение показалось мне просто сказкой! Музыку в новых наушниках я слушал вечера напролет. Дальше - больше, если «уши» за 50 баксов выдают такое качество звука, что если купить что-то посерьёзней, загорелся я!?
Посидев в интернете выяснил, что «серьёзные» наушники имеют сопротивление больше 32 Ом (которое я считал стандартом для всех наушников), попутно выяснил что для подобных экземпляров лучше обзавестись специальным телефонным УМЗЧ, чтобы раскрыть их потенциал. Но покупать ещё и усилитель в мои планы никак не входило. Сделаю сам, подумал я, благо моя профессия напрямую связана с электроникой.

↑ Схема усилителя

Наткнулся в интернете на сайт австралийца Р. Эллиотта Elliott Sound Products , где заинтересовался следующей простой схемой (рис.1)

Схема усилителя отвечает всем моим требованиям:
- простота;
- нет дефицитных элементов;
- возможность работы с головными телефонами любого сопротивления;
- автор обещал отсутствие фона и низкие нелинейные искажения.
Примененная пара биполярных комплементарных транзисторов BD139 (отечественный аналог КТ815Г) и BD140 (КТ814Г) в даташитах производителей позиционируются, как разработанные специально для аудио-усилителей. СтОят они копейки, звёзд с неба не хватают, но и не так плохи, особенно произведенные зарубежом. Сдвоенный операционный усилитель по умолчанию NE5532, но всеми любимый OPA2134/OPA2132 или скажем LM4562 (рекомендую), также подойдут.

↑ Сборка усилителя

Итак, со схемой я определился, следующий этап - разработка печатной платы. Чертежи печатных плат из интернета меня никогда не устраивали. А еще в голове была конструкция корпуса усилителя, в который вписывалась плата усилителя определенного размера, но об этом позже. Первый разработанный мной вариант платы казался мне очень удачным (сейчас я понимаю, что это не так, поэтому печатку не выкладываю). Плата вытравлена, вырезана, просверлены отверстия, облужены дорожки, осталось собрать все воедино (рис.2)!

Подробнее об элементной базе. Потенциометр малогабаритный для печатного монтажа с логарифмической характеристикой, специально для регулировки громкости от ALPS. Операционный усилитель NE5532P от Texas Instruments, транзисторы BD139-10, BD140-10 производства ST Microelectronics. Все электролиты Epcos на напряжение 50 В (просто было таких много), конденсаторы на входе микросхемы – мои любимые К73-16 (обожаю «военку»), все резисторы С2-33Н 0.25 ВТ, кроме тех что стоят в эмиттерных цепях, те 2-х ватные (с запасом, можно ставить на 1 Вт), диоды отечественные аналоги 1N4148 – 2Д510А (ммм… "военка") ну и китайская пленка в питании, не помню откуда выпаял. Украшение сборки - радиаторы со старых материнских плат ASUS (они здесь больше для красоты, транзисторы греются не сильно).
Элементы я по номиналам не подбирал за исключением резисторов, те с допуском в 1%.

↑ Первый пуск, корректировка схемы

Заработало сразу! А такое случается редко со схемами из интернета, по крайней мере у меня.
Собирал я все на работе, где есть цифровой 4-канальный осциллограф, генератор сигналов специальной формы, ну и конечно качественный 4-х канальный источник постоянного тока.

Всем этим оборудованием я не преминул воспользоваться, прогнал синус, полоса пропускания усилителя широкая. АЧХ линейна

10 Гц до 100 КГц. Форма синуса на выходе усилителя идеальна. Ради интереса посмотрел, как усилитель справится с меандром - прекрасно, начиная примерно с 200 Гц идеально ровная "полочка"! К сожалению осциллограмм я сохранить не догадался. Самовозбуждения нет, постоянки на выходе нет (0.6 мВ, 0.4 мВ по каналам).

Можно подключать наушники! Запас громкости огромен (надо уменьшить коэффициент усиления по напряжению), есть фон, обусловленный низким сопротивлением тестовых наушников (об этом предупреждал автор схемы). Резистор на 100 Ом последовательно с нагрузкой - фон исчез как понятие (разумеется и часть выходной мощности тоже). Но усилитель работает от очень качественного источника питания, посмотрим, как будет работать от своего собственного.

Немного собственно о звуке. Сразу заметил разительные изменения в низкочастотном спектре, бас не просто стал глубже, появился объем, барабаны не то что слышно - их чувствуешь! Но в общем и целом звук мне показался абсолютно нейтральным, мониторным, как говорится. Хотя мои низкоомные наушники отлично раскачиваются встроенным смартфонным усилителем, звук этот не идет в сравнение с пропущенным через внешний новый устлитель. Однако замечу, проект разрабатывался на будущее, совсем не для этих головных телефонов!

Вроде бы работало все отлично, но мучил меня один вопрос, а именно: насколько качественно работает пара транзисторов на выходе схемы. Ведь возможные искажения могут отсутствовать из-за глубокой оос операционника? Долой ОУ тестирую отдельно выходной каскад без всякой ОС. Осцилограммы ниже:

Рис.3 Осцилограммы для 20 Гц и 1 МГц. Зеленый вход, желтый выход

Как видите, каскад отлично работает и смещение напряжения, создаваемое диодами, вполне достаточно для компенсации нелинейности. Я успокоился и оставил выходной каскад как есть.

Но кое-какие изменения я все же внес. Измененная мною схема приведена ниже (рис.4). Усилитель стал лучше обрабатывать сигналы сложной формы (прямоугольник, пила), по моему разумению если такие сложные сигналы будут меньше искажаться схема только выиграет (возможно я заблуждаюсь).

Уменьшил коэффициент усиления до 12, этого вполне достаточно, а искажения в теории меньше. Добавил возможность переключения между режимами низкоомная/высокоомная нагрузка (переключатель S1). Добавил возможность уменьшить полосу пропускания, впаяв конденсаторы С5, С6 (для NE5532 не требуется).
Емкость электролитов в питании увеличил. Ну и наконец, если вдруг на выходе усилителя висит постоянка > 10мВ, желательно поставить электролиты С15, С17, они заодно спасут наушники, при внезапном выходе из строя самого усилителя. На звук они если и влияют, то очень не значительно – я их точно не слышу (лучше если эти конденсаторы будут Low ESR, но и обычные подойдут).

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Свою же печатку я тоже подправил, вот финальная версия - рис.5. Все транзисторы поставил под один радиатор (все равно не греются сильно), освободил место под свои доработки.

Две черные дорожки находятся с обратной стороны платы (я их вырезал ножом после травления и сверления). Плата получилась двухслойной по другому нормально не разводилось, размер 90х110 мм.

↑ Блок питания

Схему блока питания (рис.6) нашел здесь у Ti Kan . Мощность блока питания излишня для этого проекта, но я выбирал с запасом на будущее (возможно в этом же корпусе соберу другой усилитель). Никто не мешает взять трансформатор поменьше, по моим прикидкам на 5Вт самое то.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Сразу возникло несколько вопросов:
- почему нет пленочных или керамических конденсаторов в выпрямителе?
- есть ли реальная польза от конденсаторов в параллель диодам моста?
- с какой целью выбраны именно такие номиналы резисторов в обвесе стабилизаторов?
Соберу - увижу, подумал я. Ну в общем – не фонтан. Как я и думал без пленочных конденсаторов в выпрямителе никуда, конденсаторы в параллель диодам в теории снижают уровень ВЧ помех, но и без них не плохо, разницы я не заметил ни на слух, ни по приборам. А вот работа схемы включения стабилизаторов мне понравилась, надо взять на заметку. При подключении усилителя прослушивался фон 100 Гц. Не буду размусоливать свои эксперименты, конечная схема блока питания, с моими корректировками (рис.7)
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Теперь блок питания меня устраивает, фон из наушников ушел. При максимальной нагрузке (1А по обоим плечам) напряжения на выходе стабилизаторов просаживаются на 10 мВ.

Моя печатка на рис. 8

Готовый к работе блок питания установленный на шасси представлен на рис.9.

Немного о конструкции. Слепыш БП изготовлен из двухстороннего 3-х мм стеклотекстолита, т.к после травления дорожек на обратной стороне осталась медная фольга, решил её не отдирать (противное занятие), будет дополнительная экранировка. Радиатор на два стабилизатора один, опять же от старой материнской платы. В правой части платы присутствует разъем для подключения голубого светодиода (для светодиодов другого цвета нужно уменьшить номинал резистора R1 см. рис. 7). Выходные напряжения выводятся через провода, впаянные непосредственно в плату (синий жгут рис. 9). Трансформатор прикручен к плате шпилькой М6. Размер платы 90х200 мм.

↑ Корпус

Как всегда самая трудоемкая часть проекта - корпус. Корпус полностью разборный (мое специфическое требование, кто работает на режимном предприятии - поймет :blush: ) изготовлен из алюминия 2.5 мм и стеклотекстолита 3 мм. К прямоугольной пластине из стеклотекстолита, служащей шасси для прибора, припаяны латунные гайки М5. К шасси 4-мя шестигранными стойками и 2-мя винтами прикручена плата блока питания (см. рис. 9). К стойкам прикручивается плата усилителя, подключается разъем от блока питания рис. 10.

Лицевая и задняя панели изготовлены из листового алюминия, согнутого на станке. Верхняя крышка выполнена из стеклотекстолита. Боковые панели из алюминия прикручиваются в конце сборки к уголкам на шасси и на верхней крышке, они образуют своеобразные ножки.
Собранный усилитель (рис. 11) получился полностью экранированным, винтовые соединения обеспечивают надежный электрический контакт между деталями корпуса. Задняя панель содержит стандартную 3-х контактную вилку от компьютерного БП, и выключатель от туда же.

Все провода скручены, а те, что идут от блока питания к усилителю экранированы (на всякий случай).
ВАЖНО! Корпус блока питания связан с шасси в одной точке, там, где прикручивается трансформатор (поэтому шпилька крепящая трансформатор латунная)
ВАЖНО! Гайки разъёмов под наушники на передней панели (на них висит сигнальный корпус) изолированы от передней панели диэлектрическими шайбами.
Вал потенциометра электрически связан с корпусом прибора, если этого не сделать при прикосновении к валу потенциометра будут наводки в наушниках.

↑ Заключение

Усилителем я доволен на 200%. Огромный запас мощности, полное отсутствие фона, кстати хлопка при включении тоже нет, четкое нейтральное звучание, не вносящее ни приукрашиваний, ни артефактов в звуковой тракт. Даже и не знаю, чего еще можно ждать от подобного прибора.

P.S.: Недавно поставил в свой усилок вместо NE5532, операционный усилитель LM4562, и понял что может быть и лучше. Как говорится нет предела совершенству!

↑ Дополнения от камрадов

От Вячеслава (avals), в ответ на жалобы Александра (Espumizan) в комментах о недостатках звучания:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Хорошим "противоступенчатым" средством для таких схем является включение резистора 100 - 300 Ом между выходом ОУ и выходом усилителя.

Если вы любите слушать музыку в наушниках, то наверняка хоть раз слышали о каких-то таких крутых моделях, которым обязательно нужны усилители. Что вообще такое усилитель для наушников, зачем он нужен и пора ли бежать за ним в магазин? Как понять, что вашим наушникам необходим (или нет) этот самый усилитель? Разбираемся.

Многие предпочитают слушать музыку через наушники. Кто-то любит чувство изолированности от окружающего мира, других привлекает глубокий звук. Они портативны, удобны, незаменимы в поездках и путешествиях. Однако при покупке качественных наушников многие сталкиваются с тем, что звук тихий, глухой, тусклый, басы вялые. Такое бывает из-за несоответствия характеристик наушников и выхода аудиоустройства. Проблемы возникают, когда «уши» с высоким сопротивлением и низкой чувствительностью подключены к смартфону, плееру или встроенной звуковой карте, хотя при очень требовательных к питанию моделях иногда сдаются и внешние аудиокарты.

Почему наушники звучат плохо?

Если коротко: высокоомные наушники любят высокое напряжение, но им не нужен большой ток. Аккумулятор смартфона или плеера чаще всего попросту не может обеспечить встроенный усилитель достаточным напряжением. Поэтому его рассчитывают под наушники с небольшим импедансом, которым важнее ток, чем напряжение.

Чтобы ответить подробнее, нужно сделать пару лирических отступлений. Для начала следует разобраться в импедансе.

Импеданс — это номинальное сопротивление на входе наушников, измеряется в Омах. По величине сопротивления все наушники можно условно разделить на три группы:

Низкий импеданс — меньше 40 Ом. Обычно 16-32 Ома — это большинство затычек и небольших наушников, множество недорогих охватывающих моделей.
Средний — 60-100 Ом. Например, Sennheiser HD 280 PRO. Хорошо подходят для записи барабанов: за счет импеданса в 64 Ома они выдадут значительно больше громкости, чем модель на 250 Ом, при этом не будут так легко перегружаться, как низкоомные наушники.
Высокий — больше 250 Ом. Многие студийные и хай-энд модели.

Зачем вообще наушникам высокое сопротивление? На самом деле, до недавнего времени со звучанием «ушей» особо не заморачивались. Самый качественный звук традиционно предлагали студийные модели, и они все были высокоомными, потому что студийная техника всегда обладала мощными выходами. Подключенные к ним низкоомные наушники звучали бы слишком громко вплоть до боли в ушах.

Второе преимущество, о котором задумались уже чуть позже — больший вольтаж дает большую детализацию и лучшую динамику, звучание становится как бы более насыщенным, ярким и глубоким. В итоге среди производителей хай-фая и хай-энда пошла мода выпускать дорогие высокоомные модели, и сегодня они занимают существенную часть рынка. Разумеется, это не значит, что любая высокоимпедансная модель звучит лучше наушников с низким сопротивлением.

Кроме импеданса еще одним важным значением является чувствительность наушников. Это сколько децибел они выдадут в расчете на милливольт. Есть схожий параметр — эффективность, измеряется в децибелах на милливатт, но обычно указывается именно чувствительность.

Теперь правила:

Чем больше импеданс имеют наушники, тем большее напряжение им нужно. От импеданса зависит, сколько мощности сможет им отдать усилитель.
Чем меньше чувствительность у наушников, тем выше ток им требуется. От чувствительности зависит громкость наушников.

Например:

Наушники Sony MDR-1AB. Их импеданс лишь 24 Ома, а чувствительность — 105 Дб. Комбинация из низкого импеданса и высокой чувствительности означает, что такие наушники гораздо проще прокормить электричеством, с этим справится даже обычный смартфон.
В противовес им — наушники Shure SRH1840. Кажется, что с импедансом в 65 Ом их вроде бы несложно будет раскачать. Вот только их чувствительность составляет всего 96 Дб, а это значит, что им нужно очень много энергии — 1,5–4 Вт на канал для большой громкости!
А вот Sennheiser HD 650 имеют импеданс аж в 300 Ом, но при относительно высокой чувствительности в 103 Дб усилитель к ним будет подобрать попроще.

Однако даже если наушники нетребовательны к сигналу, это еще не означает, что встроенный усилитель смартфона или плеера не портит качество их звучания. Нередко копеечные усилители вносят искажения, особенно на высокой громкости, а также имеют раздражающие посторонние шумы и фоновое гудение. Они возникают из-за влияния различных радиоэлементов друг на друга при слишком плотной компоновке корпуса. Обойти ограничения встроенных усилителей помогают внешние усилители для наушников.

Усилители наушников

Как нетрудно догадаться, они усиливают аудиосигнал воспроизводящего устройства до нужных значений. Но современные модели умеют гораздо больше и бывают трех основных типов:

1. Портативные, чтобы воткнуть в него смартфон или плеер и слушать музыку в дороге. Они очень удобны:

Но, как водится, есть и минусы:

Это дополнительное устройство, причем порой не очень маленькое. Скорее всего, придется таскать смартфон и усилитель в связке, как бутерброд.
Из-за отсутствия специализированного ПО редкие плееры иногда не могут вывести аудио по цифровому тракту.
При выводе звука по цифровому тракту некоторые усилители с аппетитом кушают батарею смартфона.
Все варианты аналоговых подключений по качеству сигнала будут звучать идентично подключенным напрямую к смартфону наушникам (зато будет громче).
Может смутит стоимость некоторых устройств, которая не уступает самому смартфону, плееру или наушникам.

2. Стационарные, причем разных ценовых категорий:

Недорогие для массового пользователя, бывают и «ламповыми» — снабжены гордо сияющей радиолампой, в основном для красоты.
Средней ценовой категории для меломанов и эстетов.
Дорогой хай-энд для аудиофилов. К числу последних можно отнести и специфические усилители для дорогих электростатических наушников, требующих поляризующего напряжения в несколько сотен вольт.

Стационарные усилители для наушников выполняют ту же роль, что и обычные усилители у любителей большой акустики, но с дополнительными фичами. Как правило, в них встроен ЦАП, поэтому они сочетают в себе роль внешней аудиокарты и усилителя. Например, FOSTEX HP-A8MK2 — такие штуки удобны, если нужен бескомпромиссный прибор для извлечения максимально качественного звука из домашнего ПК прямо в уши.

3. Студийные усилители нужны, в основном, для живой записи группы музыкантов — хора, оркестра и т. п. Поэтому студийные приборы имеют по восемь выходов на наушники, чтобы каждый исполнитель мог себя слышать. Некоторые из них имеют вид внушительных рековых приборов и попросту не нужны в домашних условиях, хотя на студии без них никуда.

Студийный Behringer HA4700 Headphone Amp

Как правильно подобрать усилитель для наушников

Рассчитать, сколько питания потребуется приглянувшимся наушникам, можно онлайн. Энтузиасты сделали множество бесплатных калькуляторов, например, Headphone power calculator. С помощью него можно узнать, сколько Милливатт нужно для того, чтобы наушники звучали с желаемой громкостью.

Делается это следующим образом. К примеру, есть наушники Beyerdynamic DT 990, версия на 250 Ом, их чувствительность составляет 96 Дб. Если ввести эти данные в калькулятор, получится вот такая таблица:

В первом столбце указана примерная громкость звучания музыки — от тихой до болевого порога.
Во втором — сколько вольт потребуют наушники для достижения заданного уровня громкости из первого столбца.
В третьем — требуемая сила тока.
В последнем столбце рассчитано, какая мощность усилителя нужна этим наушникам для прослушивания на желаемой громкости.

Обычно смотрят на громкость в районе 110 Дб — это в 10 раз ниже болевого порога. В характеристиках наушников видно, что именно такую громкость берут по умолчанию, когда указывают мощность (если указывают):

Далее нужно открыть характеристики выбранного усилителя и посмотреть на его выходную мощность — та должна быть не меньше. Иногда производители указывают на сайтах, сколько милливатт может выдать усилитель при определенном значении сопротивления. Например, у FiiO Q1 II при 300 Ом — всего 11 мВт на канал, поэтому он наушники Beyerdynamic DT 990 не прокормит:

Он, конечно, и не должен, ведь максимальное сопротивление в характеристиках заявлено 150 Ом, однако тот факт, что производитель указал на сайте выходную мощность для 300 Ом, намекает, что наушники с таким импедансом и чувствительностью выше 106 Дб все-таки смогут с ним ужиться, хоть и на страх и риск покупателя. А вот Sony PHA-2A подойдет идеально — даже будет запас по мощности:

Запас по мощности — важный момент. Как правило, импеданс наушников не фиксированный, он меняется в зависимости от спектра частот. Например, наушники Sennheiser известны тем, что имеют на басовых частотах пиковые значения импеданса до 450–600 Ом! Графики импеданса можно найти не на всех сайтах производителей, поэтому ими часто занимаются энтузиасты, но из них всегда можно узнать много интересного. Например, что в сочетании с усилителем без запаса по мощности басовые частоты будут проседать на высокой громкости.

Импеданс Sennheiser HD650 имеет выраженный подъем в басовом и высокочастотном диапазонах.

Усилители для наушников действительно делают и громче, и лучше. Большинство портативных моделей обходят ограничения смартфона или плеера и обрабатывают сигнал по-своему. Многие стационарные модели сочетают в себе возможности внешней звуковой карты и усилителя, обладая при этом целым набором полезных функций.

Можно с уверенностью сказать, что усилитель необходим обладателям капризных к источнику звука высокоомных наушников с низкой чувствительностью — такие не выдадут и десятой части своего потенциала при подключении напрямую смартфону или планшету. Если в усилителе есть ЦАП и возможность слушать музыку в высоком разрешении (например, 24 бита \ 192 кГц), тогда он превратит любой смартфон в Hi-Res-плеер. Правда, расплатой за все это волшебство будет дополнительная коробочка в кармане.

Читайте также: