Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Тайна цифр

Представим, что вы решились на приобретение новой модели наушников. Вопрос бюджета отставим в сторону, поскольку толщина кошелька у каждого покупателя своя

Сразу же обратим внимание на характеристики

Внимательный покупатель наверняка обращал внимание на ряд непонятных физических характеристик, нанесенных на красивую коробку. Ниже приведена фотография с вырезками трех различных моделей наушников известных брендов:. На что обратить внимание при покупке? Итак, перед нами три модели с различными характеристиками:

На что обратить внимание при покупке? Итак, перед нами три модели с различными характеристиками:

Характеристики модели А:

Frequency Response

– Диапазон воспроизводимых частот: 10 Hz – 20 kHz;Impedance – Сопротивление: 22 OHM;SPL – Уровень громкости: 111 dB (+/- 3 dB);

Характеристики модели B:

Frequency Response

– Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz – 40 kHz;Impedance – Сопротивление: 32 OHM;SPL – Уровень громкости: 102 dB (+/- 3 dB);

Характеристики модели C:

Frequency Response

– Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz – 35 kHz;Impedance – Сопротивление: 250 OHM;SPL – Уровень громкости: 96 dB (+/- 3 dB);

Частотный диапазон.

Все три модели имеют абсолютно различные числовые характеристики. Наша же задача: определить, какие наушники будут чувствовать себя комфортнее с портативным плеером или смартфоном. Самый широкийдиапазон воспроизводимых частот умодели B :от 5 Гц до 40 кГц (при том, что человеческое ухо воспринимает диапазон всего от 16 до 20 000 Гц). Таким образом, частотный диапазон всех трех моделей устроит любого, даже самого взыскательного слушателя. При выборе наушников средней ценовой категории этот параметр не является определяющим, а носит скорее маркетинговый характер.

Сопротивление

. Вот тут то мы и дошли до самого интересного: все три модели кардинально отличаются друг от друга. Давайте разберемся, на что же влияет показательимпеданса и какоеоптимальное значение сопротивления для использования в паре со смартфоном?

Все наушники разделяются на две категории: низкоомные

ивысокоомные , причем градация этого деления напрямую зависит от их типа. Так,полноразмерные наушники , с импедансомдо 100 Ом считаютсянизкоомными ;выше 100 Омвысокоомными . Наушникивнутриканального типа («затычки» или вкладыши) с показателем сопротивлениядо 32 Омнизкоомные ;выше 32 ОМвысокоомные .

В акустическом мире полноразмерных колонок и динамиков все просто: есть колонка на 30 Ватт с сопротивлением в 8 Ом. Подключаем к левому и правому каналу соответствующий 8-омный усилитель и наслаждаемся громким звуком. Ситуация с наушниками намного сложнее и запутаннее. Только в приведенном выше примере мы столкнулись с тремя сопротивлениями:

  • модель A – 22 Ома;
  • модель B – 32 Ома;
  • модель С – 250 Ом.

На вопрос: какие наушники лучше всего подойдут к смартфону, рядовой покупатель уверенно ответит, что лучшая модель – модель с минимальным сопротивлением. «Низкоомные наушники, в связке со смартфоном, будут звучать громче, а для высокоомных нужен отдельный мощный усилитель», – вот общепринятое утверждение продавца-консультанта среднестатистического магазина электроники. «Садитесь, пока что двоечка», – сказал бы мой школьный преподаватель по физике и вот почему.

В тот момент, когда вы увеличиваете громкость

воспроизведения музыки, на выходном сигнале меняется не уровень мощности, анапряжение . И лишь напряжение напрямую влияет на мощность. Для этого из школьного курса физики достаточно вспомнить две простых формулы закона Ома:

Таким образом, для определения того, какие же наушники будут играть ГРОМЧЕ, а громкости каких в условиях использования исключительно смартфона будет недостаточно, следует обращать внимание не только на показатель сопротивления самих наушников, но и на максимальный уровень напряжения

, которое выдает порт миниджек вашего смартфона или плеера. С этим показателем практически все производители электроники не спешат нас знакомить. Узнать четкий вольтаж на выходе миниджека можно, как правило, только по схемам устройства, найти которые нелегко.

Сопоставлять две разных модели по громкости следует не по уровню мощности, а по уровню потребляемого напряжения

. Чувствительность наушников с меньшим сопротивлением больше, чем у высокоомной модели. Но как это отражается на времени автономной работы смартфона?

Частотные искажения

Усилители звука должны обеспечивать в результате аппаратной обработки неискаженный по своей форме выходной сигнал (амплитуда может изменяться). Как правило, на входе звуковой сигнал — это совокупность разных частотных синусоидальной сигналов, а также их производных. Для качественного усиления и последующего воспроизведения все компоненты входного сигнала должны быть усилены в одинаковой мере.

Иначе говоря, необходима фиксация одинакового частотного коэффициента усиления. На графике (см. выше) частотная характеристика идеального сигнала в полосе пропускания отображается как ровная линия. Если наблюдаются провалы или «горбы», то сигнал искажается.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) Рис. 7. АЧХ усилителя, у которого наблюдается более значительное усиление высокочастотных сигналов.

На рисунке выше (рис. 7) продемонстрирована АЧХ усилителя, у которого наблюдается более значительное усиление высокочастотных сигналов по сравнению с низкочастотным сигналом, где наблюдается более ровная линия. Следовательно, в искаженном сигнале на выходе будут превалировать высокие частоты.

Синфазное включение оу

Если к обоим входам ОУ прикладываются напряжения одной и той же амплитуды и фазы, то такое включение ОУ называется синфазным включением.

Схема при синфазном включении ОУ приведена на рис. 3.6 .

Рис. 3.6. Синфазное включение ОУ

При R1 =R3иR2=R4 и идеальном ОУ выходной сигнал равен нулю. В реальных ОУ это условие практически не выполняется, и приUвх1=Uвх2выходной сигнал не равен нулю.

Коэффициентпередачи синфазного сигнала приUвх1=Uвх2

.

Обычно много меньше единицы, что затрудняет использование этого параметра.

Болееудобным является другой параметр, а именно коэффициент ослабления синфазного сигнала, равный отношению коэффициента усиления дифференциального сигнала Кк коэффициенту передачи синфазного сигнала

.

Прошлая статья открыла цикл статей про строительные кирпичики современной аналоговой электроники – операционные усилители. Было дано определение ОУ и некоторые параметры, также приведена классификация операционных усилителей. Данная статья раскроет такое понятие как идеальный операционный усилитель, и будут приведены основные схемы включения операционного усилителя.

Идеальный и реальный операционные усилители

Сначала суммируем характеристики идеаль­ного операционного усилителя, показанного на рис. «Идеальный операционный усилитель«:

  • Синфазное входное сопротивление между входом и землей, где: rGL_P = UP/IP; rGL_N = UN/IN. В общем случае значение rGL можно проигнорировать.
  • Дифференциальное входное сопротив­ление между двумя входами; здесь: rD = (UP -UN)/IP. rD увеличивается за счет от­рицательной обратной связи.
  • Дифференциальное выходное сопротив­ление rA = dUA/dIA. rA — за счет отрицатель­ной обратной связи снижается.
  • Напряжение смещения Uos — количествен­ная характеристика того факта, что даже в случае короткого замыкания между двумя входами (т.е. UD = 0) выходное напряжение UA не равно нулю.
  • Коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR): количественная характе­ристика, описывающая изменение выход­ного напряжения UA при одновременном синхронном изменении входных напряже­ний UP и UN (в случае синфазных перио­дических входных сигналов), т.е., когда UD остается постоянным.
  • Коэффициент подавления пульсаций питания (PSRR): количественная характеристика, опи­сывающая изменение выходного напряжения UA при изменении напряжений питания.

Поэтому основные идеализации заключа­ются в следующем:

  • Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи АD приближается к бес­конечности; в случае отрицательной обрат­ной связи имеет место следующее: UD = 0.
  • Входные токи IN и IР приближаются к нулю.
  • Если IN и IР близки к нулю, это означает, что синфазное и дифференциальное вход­ные сопротивления приближаются к бес­конечности.
  • Напряжение смещения Uos приближается к нулю.
  • Выходное сопротивление RA приближа­ется к нулю.
  • Коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR) приближается к бесконеч­ности, т.е. в случае равного и синфазного изменения напряжений UP и UN, UА оста­ется неизменным.
  • Коэффициент ослабления пульсаций пи­тания (PSRR) приближается к бесконечно­сти, т.е. в случае изменения напряжения питания, UА остается неизменным.
  • Поведение усилителя не зависит от ча­стоты.

На практике, разумеется, значения вышеука­занных параметров отличны от идеальных:

  • Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи АD лежит в диапазоне от 104 до 107.
  • Входные токи IN и IР лежат в диапазоне от 10 пА до 2 мкА.
  • Синфазное входное сопротивление лежит в диапазоне от 106 до 1012 Ом, а дифферен­циальное входное сопротивление дости­гает 1012 Ом.
  • Выходное сопротивление RA лежит в диа­пазоне от 2 до 50 Ом.
  • Коэффициент ослабления синфазного сигнала (CMRR) лежит в диапазоне от 60 до 140 дБ.
  • Коэффициент ослабления пульсаций пи­тания (PSRR) лежит в диапазоне от 60 до 100 дБ.
  • Поведение усилителя зависит от частоты (пропускание низких частот).

Элементы для проектирования аналоговых схем

Аналоговые схемы, как и цифровые, тоже состоят из полупроводников, но в них используются совершенно другие компоненты. Помимо преобразования сигналов, одним из применений аналоговых схем является обработка электричества и распределения через материнская плата или печатная плата карты расширения.

Значительная часть элементов, которые мы собираемся определить дальше, будет казаться вам знакомой по базовой электронике, которую некоторые из вас использовали в средних школах. Таким образом, мы говорим не о каких-либо научно-фантастических технологиях, а об общих компонентах, которые можно найти повсюду.

Резисторы

Резисторы являются одним из основных компонентов для построения аналоговых схем, поскольку среди их основных функций является то, что они могут адекватно распределять ток и напряжение между различными частями электронной схемы.

Резисторы используются для уменьшения силы тока за счет уменьшения его напряжения. Вот почему, если вы посмотрите на электронную схему с процессором посередине, вы увидите, как это цепь последовательного резистора. Которые используются для последовательного деления напряжения.

Любопытно, что в старых аналоговых видеосистемах использовалась система резисторов, поскольку вывод того или иного цвета через видеосигнал зависел от напряжения, с которым сигнал передавался.

Конденсаторы

Конденсаторы, также называемые конденсаторами по их английскому названию, являются очень распространенными элементами в схемотехнике. Его функция — временно сохранять электрический заряд, а затем высвобождать его. Это достигается за счет использования двух токопроводящих пластин, разделенных изоляционным материалом.

Чтобы понять функциональность конденсатора, вы должны представить поток электрического тока в виде реки с большой силой, которая внезапно встречает плотину, которая замедляет эту силу и выводит воду более плавным образом. Разница в том, что конденсатор делает это с достигающим его электрическим током.

трансформеры

Да, в блоке питания вашего ПК есть аналоговая схема. Какая у вас функция? Ну, что о повышении и понижении напряжения в электрической цепи переменного тока. В этом процессе теряется электрическая мощность, поэтому входная мощность не совпадает с выходной. Когда мы говорим об эффективности трансформатора, мы говорим о проценте мощности, которая теряется в процессе.

Диоды

Диоды — это электронные компоненты с двумя выводами, которые допускают электрическую циркуляцию только в одном из двух направлений. Мы называем один из выводов анодом, и это заставляет ток всегда течь в направлении другого конца, который является катодом.

В мире вычислений и до появления ПЗУ данные, предназначенные только для чтения, хранились путем создания взаимосвязанных диодных схем. Сегодня диоды больше не используются в этом смысле, но распространенным типом диодов является светодиодный диод, который используется для освещения определенных областей для передачи информации о различных состояниях.

Биполярные транзисторы

Транзисторы являются основой цифровой электроники, поскольку память и процессоры, которые мы используем ежедневно, состоят из сотен и даже миллиардов транзисторов очень небольшого размера, но транзисторы зародились в аналоговых схемах, являющихся одним из самых известных приложений. «транзисторное» радио, которое заменило использование электронных ламп и отправило в небытие старые мебельные радиоприемники.

Чаще всего в аналоговых схемах используются так называемые биполярные транзисторы, которые мы можем найти не только в аппаратном обеспечении ПК, но и в бытовой электронике. Его название — это размер английского термина «передаточный резистор», который переводится как передаточное сопротивление. Его функциональность? Они выполняют функции усилителя, переключателя, генератора или выпрямителя электрического сигнала, поэтому они очень универсальны и позволяют создавать более сложные электронные схемы, чем те, которые мы видели.

Ваша прибыль? Разнообразные, они используются для усиления сигнала, что очень важно на радио, телевидении и даже при использовании музыкальных инструментов. Они также используются для генерации новых сигналов, например радиочастотных сигналов, таких как Wi-Fi

Его коммутационная способность не только позволяет вам управлять источниками питания и действовать как переключатели, но с их помощью вы можете построить схему широтно-импульсной модуляции или ШИМ-схему для управления вентилятором видеокарты.

Кросс-спектральные характеристики

Кросс-спектральные характеристики предназначены для оценки различных аспектов связи двух сигналов ЭЭГ, регистрируемых с двух отведений: x(t) и y(t).

Кросс-спектр

Кросс-спектр двух процессов : x(t) и y(t) вычисляется как произведение спектра X(f)  на спектр Y(f)  в его комплексно сопряженной форме Y*(f):

Имея  ,  и выполняя их почленное умножение компонент X(f), Y*(f) с выделением действительных и мнимых составляющих результата получаем выражения для составляющих кросс-спектра: ef = afcf+bfdf;  gf = afdf–bfcf.

Отсюда мощность кросс–спектра равна:

то есть равна произведению амплитуд спектров двух процессов, является квадратичной оценкой, измеряемой в мкВ2. Линейная оценка амплитуды кросс-спектра или кросс-АЧХ, соответственно, равна .

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)Рис. 5. Кросс-спектры ЭЭГ

а — амплитудный; б — фазовый

График кросс-АЧХ

График кросс-АЧХ (рис. 5а) наглядно показывает, на каких частотах в обоих процессах присутствуют высокоамплитудные и сравнимые по величине гармоники. Как видно из рис. 5а, основные амплитуды кросс–спектра сосредоточены в районе 8 Гц альфа–диапазона, что типично для затылочных отведений ЭЭГ в состоянии релаксации. Кроме того, пики взаимной активности меньшей амплитуды наблюдаются в диапазонах дельта и тета. Из–за высокого разрешения по частоте график содержит много случайных флюктуаций, поэтому может оказаться полезным его сглаживание. В исследованиях ЭЭГ кросс-АЧХ как оценочный показатель самостоятельного применения не получил.

Преимуществом кросс-АЧХ (перед рассмотренной ниже когерентностью) является то, что ее смысл интуитивно понятен и она вычисляется на одной эпохе анализа, то есть применима для анализа кратковременных процессов.

Кросс-фазовый спектр

Кросс-фазовый спектр φxy(f)=arctg(gf/ef) после подстановки выражений (4.6) для gf и ef и несложных тригонометрических преобразований представим в виде φxy(f)=φx(f)-φy(f), то есть является разностью фаз двух спектров.

Как видно из рис. 5б, изменение кросс–фазы носит достаточно случайный характер в связи с влиянием эффектов вытекания мощности, амплитудной модуляции и переходов фазы через границы -180° +180°, что затрудняет ее использование и интерпретацию.

На начальном этапе исследований кросс-фазу как разность фаз двух процессов пытались интерпретировать как индикатор временной задержки в передаче взаимодействия от одного процесса к другому. Однако значимых результатов в этом направлении получено не было, и кросс-фаза в современных исследованиях практически не используется.

Когерентность

Основная статья: Когерентность

Еще одной кросс-спектральной характеристикой является функция когерентности, и именно она практически используется для оценки степени взаимосвязи двух процессов.

Неоднозначность интерпретации

В отношении всех кросс–спектральных характеристик следует особо подчеркнуть, что наличие связи двух процессов могут доказать не результаты проведенного анализа, а только физиологические и анатомические основания. Результаты же анализа могут лишь указать на целесообразность поиска таких оснований.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)Рис. 6. К неоднозначности интерпретации кросс-спектральных связей

Пусть мы регистрируем ЭЭГ в двух отведениях А и В (рис. 6) и в результате кросс–спектрального анализа обнаруживаем большую аутентичность этих процессов. Однако реально между этими отведениями может не существовать никакой причинной связи, а аутентичность их определена влиянием источника С в другой области головного мозга, анатомически связанного с обоими отведениями А и В.

УГОЛОК ЛИКБЕЗА. АЧХ

В прошлый раз было обещано дать ответ на вопрос: как из этих замечательных электромеханических аналогий можно рассчитать частотную характеристику системы? И отчего хорошо известные из начального курса радиотехники характеристики резонансных цепей не имеют ничего общего с тем, что мы наблюдаем в акустике?

Начнём с того, что резонансные цепи, с которыми «знается» радиотехника, имеют показатели добротности, измеряемые десятками, а иногда и сотнями, тогда как в акустике добротности сами знаете какие. Для таких цепей зависимость тока от частоты будет иметь иной характер: треугольник, стороны которого имеют подъём или спад 6 дБ/окт., с несколько затуплённой (если добротность меньше 0,707) или вытянутой (если больше этого значения) вершиной. Уже ближе, но пока ещё не в точку.

Отвлечёмся на момент от электричества и рассмотрим ещё одну формулу. Величина звукового давления, создаваемого излучателем с площадью Sd, колеблющегося с частотой F и двойной амплитудой Xs, пропорциональна их произведению:

SPL = k 2π Sd Xs F.

(Здесь k — коэффициент пропорциональности, сюда входит плотность среды и активная составляющая сопротивления излучения, но нам нет нужды закапываться слишком глубоко.) Произведение 2π F Xs в физике называется колебательной скоростью, а всё, что стоит после коэффициента k, именуют (уже в акустике) объёмной колебательной скоростью, поскольку произведение площади диффузора на его перемещение представляет собой объём, который «перекрывается» диффузором при его движении. Теперь уже можно вернуться к схеме. Оказывается, звуковое давление на схеме аналога динамика в экране или в закрытом ящике будет представлено произведением Las 2π F — а это не что иное, как напряжение на катушке, являющейся аналогом массы подвижной системы динамика Mms. Для «фазика» надо будет сложить два напряжения: на катушке Las и на катушке Lap, иначе говоря, взять напряжение между левым (по рисунку) выводом Las и нижним выводом Lap. И вообще, аналог звукового давления — это всегда напряжение на соответствующем массовом элементе или сумма нескольких таких напряжений.

Кажется, теперь всё встало на свои места, расчёты АЧХ громкоговорителей оказались плёвым делом, и непонятно лишь, почему ещё не настала эра всеобщего акустического удовлетворения. Но давайте опять вернёмся к схеме динамика в закрытом ящике. Понятно, что начиная с некоторой частоты напряжение на катушке Las становится практически равным входному напряжению, поскольку остальные компоненты имеют существенно более низкий импеданс. И так до бесконечности. Но мы-то знаем (и не только мы, если уж честно), что частотный диапазон любого электродинамического излучателя очень даже конечен, иначе многополосные системы никогда бы и не появились на свет. А дело в том, что приведенные выше схемы справедливы лишь для сравнительно низкочастотной области. Верхняя граница этой области для мидбаса приходится когда на 800, когда на 600 Гц, а для сабвуфера — может на 400, а может и на 250 Гц. Выше неё действуют другие законы, и, соответственно, нужны другие схемы аналогов. Можно сказать, что до сих пор всё было очень просто, а сложности только начинаются.

Предыдущая: УГОЛОК ЛИКБЕЗА. Ящик

Коаксиальная акустика 4’’

Теги: Уголок ликбеза

Диаграмма Найквиста

Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика (ЛАФЧХ, график Боде) передает значения амплитуды или фазы в зависимости от частоты. Таким образом, для описания амплитудно-частотного и фазо-частотного отклика системы вам нужны два графика (или, по крайней мере, вам нужны две кривые – вы можете включить две кривые в один график).

На диаграмме Найквиста, напротив, требуется только одна кривая. Это возможно, потому что график Найквиста является полярным: каждая точка на кривой указывает как амплитуду (через расстояние от начала координат), так и фазу (через геометрический угол), а многочисленные различные точки, которые образуют кривую, отражают реакцию системы на многочисленные различные входные частоты. Частота на графике Найквиста проходит от 0 до бесконечности, а для указания направления, в котором увеличивается частота, используется стрелка.

Я думаю, что будет намного понятнее после того, как мы рассмотрим пример. Следующая диаграмма – это график Найквиста для RC фильтра нижних частот первого порядка.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)Рисунок 2 – Диаграмма Найквиста для RC фильтра нижних частот первого порядка

Давайте подробно рассмотрим этот график, чтобы убедиться, что мы понимаем, на что мы смотрим.

Наш пример диаграммы Найквиста

Вопрос: Прежде всего, почему на нем две кривые?

Ответ: Сплошная линия для положительных частот, а пунктирная линия для отрицательных частот. Они являются зеркальным отражением друг друга. Просто игнорируйте пунктирную линию.

Вопрос: Где находится информация о частоте?

Ответ: Помните, что кривая простирается от ω = 0 до ω = ∞, а стрелка указывает направление увеличения частоты. Таким образом, сплошная кривая начинается при ω = 0 с правой стороны графика (при значении 1 на оси действительных значений) и заканчивается в начале координат, что соответствует ω = ∞.

Вопрос: Хорошо, но как я должен интерпретировать этот полукруглый отклик по амплитуде?

Ответ: К счастью, мы уже знакомы с поведением RC фильтра нижних частот, поэтому давайте использовать эти знания, чтобы объяснить этот график Найквиста. В точке, где начинается кривая (т.е. при ω = 0), расстояние от начала координат равно 1. Другими словами, коэффициент передачи для низких частот, как и ожидалось, равен единице. По мере увеличения частоты радиальное расстояние от начала координат до кривой уменьшается – опять же, мы это ожидали, потому что меньшее радиальное расстояние соответствует большему затуханию. В точке, где кривая заканчивается (т.е. ω = ∞), расстояние от начала координат до кривой равно нулю, потому что, когда частота «достигает» бесконечности, фильтр нижних частот создает бесконечное затухание.

Вопрос: Это начинает обретать смысл. Я вижу, как изменение угла начинается от 0°, как и ожидалось, но фильтр нижних частот должен иметь конечный сдвиг фазы –90°. Как это отражено на диаграмме Найквиста? Я не могу измерить фазу точки, которая находится непосредственно над началом координат.

Ответ: Это, правда, немного сбивает с толку, но если вы сосредоточитесь на поведении кривой по мере приближения к началу координат, вы увидите, что угол стремится к –90°. Это показано на следующем графике, который также служит кратким изложением того, что мы только что рассмотрели.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)Рисунок 3 – Пояснения к диаграмме Найквиста

Почему получить плоскую частотную характеристику крайне сложно?

К сожалению, получить идеальный звук в современных условиях невозможно, и идеально плоская АЧХ всё ещё остаётся лишь мечтой, не взирая на то какие технологии используются при создании наушников.

Вся проблема заключается в том, что наушники — это механические устройства, а у любого механического устройства есть ограничения, заданные законами физики.

Также стоит учитывать сочетание различных компонентов в аудиосистеме: ЦАП, усилитель и наушники. Каждый из компонентов вносит собственные искажения и результат может быть очень разным и, что самое неприятное – непредсказуемым.

Например, нужно учитывать собственное сопротивление каждого из компонентов цепи, их сочетания и как они взаимодействуют друг с другом, также физические свойства драйвера наушников, его акустическое оформление и т.д. В результате мы всегда будем иметь те или иные искажения, но в удачном случае мы можем добиться того, что эти искажения будут либо крайне мало заметны на слух, либо незаметны вовсе и именно в этом заключается наша цель – подобрать идеальные наушники и аудио оборудование так, чтобы вы были крайне довольно результатом их работы.

Обычно производитель указывает на упаковке или в инструкции к наушникам результаты измерения АЧХ, по которой мы можем косвенно судить о том, как они будут звучать. Но никогда не может предсказать как именно конкретные наушники будут работать с вашим аудио оборудованием, именно по этой причине никогда не стоит выбирать наушники лишь по графику АЧХ. Этот график был получен на тестовом стенде производителя (условия произведения замеров нам не сообщают), в этот график затесались и огрехи микрофонов, которыми снимали воспроизводимый звук.

АЧХ нам нужна для того, чтобы мы убедились, что на всём её протяжении нет резких перепадов более чем на 6 Дб. Именно значение 6 Дб мы будем считать значимым, т.к. такой перепад легко воспринимается человеческим слухом. Если вы видите на графике АЧХ наушников, что в определённых местах разница составляет более 6 Дб от среднего значения, значит эти наушники вносят явное искажение в звук и далее всё зависит от вашего вкуса, нравится ли вам подобное искажение или нет.

Сравнение идеального сигнала (зелёная линия), наушников с хорошей АЧХ (жёлтая линия) и с худшей АЧХ (красная линия)

Но есть ещё одна особенность – скорость изменения частотной характеристики

Как мы уже знаем, она в любом случае не будет линейной, но для нашего восприятия крайне важно, чтобы колебания происходили плавно, а не резко. Чем более плавным будет изменение графика АЧХ, тем лучше будут звучать наушники, более естественно

Таким образом, чтобы сделать первый отсев наушников при выборе, нам нужны те модели, АЧХ которых изменяется плавно и не более чем на 3 Дб от среднего значения. Именно такие наушники нужно оставить для второго тура выборов – личного прослушивания перед покупкой.

ЦАП вносит минимум искажения, можно сказать, что все современные ЦАПы вообще не вносят искажений в сигнал.

С усилителями всё сложнее, но, опять же, современные модели имеют довольно ровные характеристики довольно близкие к идеальным.

Но помните, что чем ниже собственное сопротивление наушников, тем больше они чувствительны к искажению сигнала усилителя. Именно по этой причине высококлассные наушники имеют высокое значение сопротивления, которое достигает значения 300 Ом, а в некоторых случаях даже 600 Ом. Одна из причин создания таких наушников как раз заключается в том, чтобы максимально уменьшить влияние искажения сигнала, которое происходит в усилителе, на результирующий звук. Это не значит, что все низкоомные наушники плохие, это лишь значит, что чем ниже сопротивление наушников, тем более качественным должен быть усилитель.

Логарифмические частотные характеристики

При практических расчетах АСР удобно использовать частотные характеристики, построенные в логарифмической системе координат (логарифмические частотные характеристики –
лчх ). Они характеризуются большей линейностью и на определенных участках изменения частот могут быть заменены прямыми линиями и в целом представлены ломаными линиями. Причем отрезки прямых в большинстве случаев можно построить при помощи некоторых простых правил. Кроме того, в логарифмической системе координат легко находить характеристики различных соединений элементов, т.к. умножению и делению обычных характеристик соответствует и вычитание ординат логарифмических характеристик.

За единицу длины по оси частот ЛЧХ принимается декада. Декада– интервал частот, заключенный между произвольным значением и его десятикратным значением. , соответствующий одной декаде, равен 1.

Обычно в расчетах используют логарифмическую амплитудную частотную характеристику (
лачх )

(5.15)

ординаты которой измеряют в логарифмических единицах — бе
лах или децибелах (0,1 бела), сокращенно дБ (рис. 5.4).

Бел– единица измерения отношения мощности двух сигналов. Если мощность одного сигнала больше мощности другого в 10 раз, то эти мощности отличаются на 1 Б (lg10 = 1).

Т.к. мощность сигнала пропорциональна квадрату амплитуды, то

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

При построении фазовой частотной характеристики логарифмический масштаб применяется только для оси абсцисс.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Рис. 5.4. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

Формулы для расчетов

  1. Амплитудно-фазная характеристика.

(5.16)

  1. Амплитудно-частотная характеристика.

(5.17)

  1. Логарифмическо-амплитудная характеристика.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (5.18)

  1. Логарифмическо-фазная характеристика

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) (5.19)

Какая частота лучше, и как ее узнать на своих наушниках?

Обычно технические характеристики акустической аппаратуры указываются на обратной стороне упаковки. Как правило, указывается:

  • диапазон частот (нижняя и верхняя граница);
  • мощность звука в децибелах;
  • коэффициент искажения динамиков в процентах (чем меньше показатель, тем выше качество девайса).

Для качественного воспроизведения музыки нужны хорошие наушники. Вопрос, как их выбрать?

Какой должна быть частотность, зависит от назначения девайса. Идеально, если модель поддерживает три типа частот с погрешностью 1% в пределах от 100 Гц до 20 000 Гц. Для «низов» допустима погрешность до 10%, басы будут в пределах стандартного восприятия. Оптимальное значение частотных характеристик для смартфонов, телефонов – от 10 Гц до 20 кГц. Чувствительность – до 100 дБ, это своеобразное КПД устройств. Нужно учитывать, что слишком большая звуковая мощь быстро разрядит мобильный девайс.

Профессионалы для работы выбирают акустическую аппаратуру с частотными характеристиками от 5 Гц до 60 кГц. Практика показывает, чем выше верхняя граница, тем ровнее АЧХ в воспринимаемом интервале. Хотя ровный график АЧХ не гарантируется качественный звук, но отсутствие провалов говорят о сбалансированности звучания.

Резюмируя всю информацию, нетрудно определить три правила выбора наушников:

  1. частота – не главный критерий выбора, нужно ориентироваться и на другие показатели звука;
  2. минимальный частотный диапазон должен быть не ниже восприятия в пределах от 20 Гц до 20 кГц.
  3. Качество звука лучше определять в тестовом режиме, ориентируюсь на собственное ухо.
Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: