Коэффициент усиления по напряжению: основные параметры выходного сопротивления

Классификация усилителей

Все усилители можно классифицировать по следующим критериям:

По частоте усиливаемого сигнала:

• усилители низкой частоты (УНЧ) для усиления сигналов от десятков герц до десятков и сотен килогерц;
• широкополосные усилители, усиливающие сигналы в единицах и десятках мегагерц;
• селективные усилители, усиливающие узкополосные сигналы;

По роду усиливаемого сигнала

• усилители постоянного тока (DCA), усилители электрических сигналов с частотой от нуля герц и выше;
• усилители переменного тока, усиливающие электрические сигналы с ненулевой частотой;

По функциональному назначению

• усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности, в зависимости от того, какой из параметров усиливает усилитель. Основным количественным параметром усилителя является коэффициент усиления.

В зависимости от функционального назначения усилителя различают коэффициенты усиления по напряжению KU, току Ki или мощности KR:

U = Uin / Uout

KI = Iin / Iout

KP = Pin / Pout

где Uin, Iin — амплитудные значения переменных составляющих соответственно напряжения и тока на входе;

Uout, Iout — амплитудные значения переменных составляющих соответственно выходного напряжения и тока;

Рвх, Рвых — уровни сигнала на входе и выходе соответственно. Прибыль часто выражается в логарифмических единицах — децибелах:

U (дБ) = 20LgKu

KI (дБ) = 20LgKi

KR (дБ) = 10LgKp

Усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления его отдельных каскадов: K = K1 K2… Kn

Если коэффициенты усиления ступеней выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления равен сумме коэффициентов усиления отдельных ступеней:

(дБ) = 1 (дБ) + К2 (дБ) +… + n (дБ).

Обычно усилитель содержит реактивные элементы, даже «паразитные», а используемые элементы усилителя имеют инерцию. По этой причине выигрыш представляет собой сложную сумму:

U = КU и jφ

U = Uout / Uin

где KU — модуль усиления; — фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями с амплитудами Uin и Uout.

Помимо коэффициента усиления важным количественным показателем является КПД:

η = Pout / Pist

где Rist — мощность, потребляемая усилителем от источника питания.

Роль этого индикатора особенно возрастает для мощных, как правило, выходных каскадов усилителя.

К количественным показателям усилителя также относятся вход Rin и выход Rout сопротивления усилителя:

Рин = Уин / Иин

Маршрут = | ∆ Uout | / | ∆ Iout |

где Uin и Iin — амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя;

∆Uout и ∆Iout — увеличение амплитудных значений напряжения и тока на выходе усилителя, вызванное изменением сопротивления нагрузки. Рассмотрим теперь основные характеристики усилителей.

Интересное видео о параметрах усилителя смотрите ниже:

АЧХ акустических систем (колонок)

Метод измерения частотной характеристики также различается для разных слуховых систем. Поэтому для динамиков, установленных в разные динамики (в отличие от наушников), акустические характеристики считаются правильными, если показания сделаны с минимальным отражением эха от стен. Обычно это делается на открытом воздухе или в камере с нулевым эхом.

Параметры наушников измеряются на специальном стенде, амплитудные характеристики которого зависят от его конструкции. Поэтому при фиксации рабочего диапазона частот необходимо указывать как само отклонение, так и данные носителя. Имеет смысл сравнивать частотные диапазоны слуховых аппаратов только при измерениях в одной среде. Однако на практике используются носители разной конструкции, поэтому рекомендуется получать сопоставимые данные АЧХ.

Как читать АЧХ?

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет собой график, показывающий разницу величин амплитуд выходных и входных сигналов во всем диапазоне воспроизводимых частот. Этот график получен путем получения синусоидального сигнала постоянной амплитуды при изменении его частоты. По вертикальной оси отложен уровень (или громкость) звукового давления в дБ, по горизонтальной оси — частота в Гц. В точке графика, где частота равна 1000 Гц, обычно отмечают уровень 0 дБ на вертикальной оси. В идеале АЧХ должна быть плоской горизонтальной линией, чего на практике никогда не бывает. Всегда есть пики и провалы различной глубины и высоты (в дБ). Изучая график АЧХ, стоит обратить особое внимание на величину неравномерности кривой: чем больше отклонение, тем больше частотные искажения тембра в звуке.

Область низких частот (НЧ). Ошибки в этой области приводят к потере богатства звучания низких частот. Появление пиков — причина урчания и жужжания.

Область высоких частот (HF). Снижение уровня высоких частот приведет к тусклому, нечеткому звуку, пики — к шипению и раздражающим звукам.

Среднечастотная область, как правило, остается более-менее одинаковой для всех устройств; существенные отклонения от линейности графика наблюдаются редко.

Проиллюстрируем сказанное выше на АЧХ обычных наушников.

• Фиолетовая кривая — почти идеальная частотная характеристика.
• Красная кривая — это усиление низкочастотного диапазона, а значит, в наушниках ярко выражены басы.
• Зеленый: спад в диапазоне низких частот, что означает низкий уровень басов, которые больше напоминают звук динамика.
• Оранжевая кривая — это пик в области HF, что означает, что у нас есть наушники с возможными свистящими звуками, которые подчеркивают звук «s».
• Синяя кривая: увеличение в области ВЧ, наушники с ярким и звучным звуком.

Теперь посмотрим на относительно ровную АЧХ полноразмерных студийных наушников.

И хотя видны отклонения от линейности АЧХ (у некоторых моделей даже около 13 дБ), в целом кривая достаточно пологая и серьезных блоков и пиков не наблюдается, что говорит о приемлемости звучания этих наушников.

Для динамиков, наушников и микрофонов очень хорошим считается отклонение в 2-3 дБ. Усилители и прочие чисто электронные устройства должны быть в пределах 0,5–1 дБ.

Кстати, если говорить конкретно о наушниках, на их частотную характеристику может влиять посадка (в случае накладных наушников), глубина и угол в ухе (для наушников-вкладышей), форма и материал наушников амбушюры. Например, заменив силиконовые амбушюры на наушниках-вкладышах амбушюрами из поролона, вы сможете улучшить качество звука с глубокими басами и высококачественными высокими частотами.

Читайте также: Виды солнечных панелей: размеры и мощность батареи

Динамический диапазон усилителя

Динамический диапазон — это отношение максимально допустимого уровня выходного сигнала к его минимальному уровню, при котором обеспечивается заданное отношение сигнал / шум:

Чтобы понять окончание определения динамического диапазона «заданного отношения сигнал / шум», давайте взглянем на наш рисунок:

Допустим, у нашего усилителя должно быть SNR = 90 дБ. Было бы правильно, если бы мы взяли Uout min для Unoise?

Очевидно нет! В этом случае в этой точке графика амплитуды сигнала и шума будут равны, а значит, по формуле

получаем, что SNR = 0 дБ.

Я беспокою. Следовательно, необходимо взять такое значение Uout, которому равенство

Предположим Unise = 1 мкВ, подставляем в формулу

Из этого уравнения находим Uout. Это будет только Uout min для формулы:

с SNR = 90. В нашем случае это будет точка А.

В точке B берем Uout max, так как в данном случае это максимальное значение, при котором в нашем усилителе не возникают нелинейные искажения (на них чуть ниже).

На отрезке АВ будет предусмотрена рабочая зона усилителя. В этом случае мы будем иметь минимальные искажения сигнала, так как эта область линейна. Отношение максимально допустимого выходного сигнала к уровню шума — это крайний уровень динамического диапазона для аналогового усилителя.

Для усилителей звука выход за пределы этой рабочей зоны на большую сторону будет чреват нелинейными искажениями, а на меньшей стороне — полезный сигнал будет подавлен помехами. Да, вы сами наверняка заметили, что повернув ручку громкости недорогой китайской магнитолы на максимум, качество нашего звука оставляло желать лучшего, так как нелинейные искажения «вклинились» в корпус.

Искажения, вносимые усилителем

Искажение определяется путем сравнения сигналов на входе и выходе. Идеальным вариантом является усилитель, который точно следует форме волны, подаваемой на вход. Но поскольку наш мир не идеален, и радиоэлементы тоже не идеальны, то на выходе наш сигнал всегда будет немного искажаться. Главное, чтобы эти искажения не так критичны.

Искажения в основном делятся на 4 группы:

• Частота
• Фаза
• Переходный
• Не линейный

Частотные искажения

Частотные искажения возникают из-за того, что коэффициент усиления не одинаков во всем частотном диапазоне. Или проще говоря, одни частоты усиливаются хорошо, а другие — плохо). Чтобы понять это, достаточно посмотреть на АЧХ усилителя.

В этом случае мы видим, что низкие и высокие частоты будут усилены меньше, чем средние частоты. А поскольку сложный сигнал состоит из многих частотных компонентов, в результате будут возникать частотные искажения.

Фазовые искажения

Фазовые искажения возникают из-за того, что на выходе усилителя появляются разные частоты с разными временными задержками. Некоторые частоты отстают позже, другие меньше. Давайте разберемся со всем этим на примере двух изображений.

Допустим, чтобы «прогнать» низкочастотный синусоидальный сигнал, мы получаем уже усиленный сигнал, но с небольшой задержкой.

Но также не забывайте, что катушки и конденсаторы — это частотно-зависимые радиоэлементы. Их реактивное сопротивление зависит от частоты сигнала, поэтому, пропуская через усилитель сигнал с другой частотой, мы получим совершенно другую задержку сигнала

То есть в нашем случае t1 ≠ t2. Это хорошо или плохо? Если мы усиливаем синусоидальную волну, то нам в принципе наплевать. Какая разница до того, как появится в релизе или после? Главное, чтобы сигнал был усилен.

Это было бы хорошо, но стоит помнить, что сложные сигналы состоят из суммы множества синусоид разных частот и амплитуд.

Чтобы понять, какова сумма сигналов, достаточно рассмотреть следующие примеры:

ну и еще один, я не против)

Мы складываем амплитуды в те же моменты времени и получаем сумму этих двух сигналов.

А вот так складывается прямоугольный сигнал из нескольких синусоид разной частоты:

В данном случае мы пытаемся «собрать» прямоугольный сигнал из суммы синусоид разных амплитуд и частот.

Но поскольку наш усилитель по-разному задерживает разные сигналы по частоте, между сигналами возникает несоответствие. Лучше всего это поясняется на следующем рисунке. У нас есть два синусоидальных сигнала с разными частотами и амплитудами:

Если мы их сложим, то получим сложный сигнал:

Но что, если второй сигнал не в фазе с первым?

Теперь посмотрим на сумму этих сигналов:

Совершенно другой сигнал! Вы чувствуете разницу? Мы немного сместили фазу, но форма волны уже изменилась.

То есть на выходе усилителя мы хотели получить усиленный сигнал следующего вида:

и я получил это:

Из-за фазовых искажений наш сложный сигнал, состоящий из двух синусоид, изменил форму. На выходе усилителя мы получили совершенно другой сигнал. Помните, что роль усилителя заключается в усилении сигнала при сохранении его формы.

Фазо-частотная характеристика (PFC) усилителя представляет собой график зависимости фазового угла, вносимого усилителем, от частоты. Это могло бы выглядеть так:

где это находится

— фазовый сдвиг относительно входного и выходного сигнала

f — частота сигнала

Человеческое ухо не замечает фазовых искажений, несмотря на то, что форма волны тоже меняется. Поэтому фазовые искажения не учитываются при проектировании усилителей звука.

Частотные искажения и фазовые искажения называются линейными искажениями, поскольку оба типа искажений вызваны элементами линейной схемы. С научной точки зрения у нас нет дополнительных гармоник в спектре сигнала.

Переходные искажения

Переходное искажение — это искажение прямоугольного импульса, подаваемого на вход усилителя. На выходе этот импульс будет иметь другую форму, вызванную искажением сигнала внутри самого усилителя.

Переходный отклик используется для оценки переходного смещения. Он представляет собой зависимость напряжения или тока на выходе усилителя от времени от подачи прямоугольного импульса на его вход.

На следующем рисунке у нас прямоугольный сигнал, который подается на вход усилителя, а на выходе усилителя уже будет искаженный усиленный сигнал. Это искажение, как правило, вызвано наличием в цепи усилителя реактивных радиоэлементов, то есть самих катушек индуктивности и конденсаторов.

Для оценки переходных искажений используются следующие параметры:

Um — ширина импульса, отсчитываемая от плоской вершины импульса, В

ΔUv — преодоление импульсного фронта, В

Uс — затухание пика импульса, В

Следующие два параметра измеряются в диапазоне от 0,1 мкм до 0,9 мкм :

tf — длительность импульсного фронта

tc — длительность затухания импульса

А длительность самого пульса вам измеряется на уровне 0,5 Um .

Отношение сигнал/шум

Предположим, у вас дома есть телевизор, принимающий аналоговые передачи. На экране телевизора мы видим четкую картинку:

Но вдруг антенна на крыше вашего дома из-за сильного ветра слегка повернулась в сторону и изображение испортилось

Так антенна вообще с крыши отвалилась и теперь по телевизору мы видим примерно такое

В каком случае отношение сигнал / шум будет выше, а в каком — ниже? На первом изображении, где есть четкое изображение, отношение сигнал / шум будет очень большим, поскольку не на первом изображении мы не можем уловить какой-либо шум на изображении простым взглядом, хотя теоретически они есть).

На втором изображении мы видим, что на изображении присутствует некоторый шум, что затрудняет просмотр изображения. Здесь отношение сигнал / шум будет уже намного ниже, чем на первом изображении.

Ну а на третьем фото на изображении почти полностью преобладал шум. В этом случае можно сказать, что отношение сигнал / шум будет хорошим, очень маленьким.

Отношение сигнал / шум — безразмерная количественная величина.

В аналоговой электронике для нормальной работы усилителя полезный сигнал должен быть в несколько раз выше шума, иначе это сильно скажется на качестве усиления, так как полезный сигнал добавляется к шумовому сигналу.

Отношение сигнал / шум в англоязычной литературе обозначается как SNR или S / N.

Поскольку это соотношение иногда достигает очень больших числовых значений, поэтому чаще всего выражается в децибелах:

где это находится

Usignal — действующее значение полезного сигнала, В

Unise — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В

Psignal — мощность сигнала

Pnoise — сила шума

То есть в нашем случае с кошкой на первом изображении амплитуда полезного видеосигнала была в несколько раз больше, чем амплитуда шума, поэтому первое изображение было четким. На третьем изображении амплитуда полезного видеосигнала была почти равна амплитуде шума, поэтому изображение получилось очень зашумленным.

Другой пример. Вот синусоида с SNR = 10:

А вот такой же синус с SNR = 3

Как видите, сигнал с SNR = 10 намного чище, чем SNR = 3.

SNR чаще всего встречается при описании характеристик аудиоусилителя. Чем выше SNR, тем лучше качество звука усилителя. Для аудиосистем HI-FI этот показатель должен составлять от 90 дБ и более. Для телефонных разговоров достаточно 30 дБ.

На практике SNR измеряется на выходе усилителя с помощью истинного среднеквадратичного милливольтметра или анализатора спектра.

Собственные шумы усилителя.

Что такое шум?

В электронике шумом называются случайные колебания амплитуды сигнала, которые заглушают полезный сигнал. Сюда также входят различные типы помех. Собственный шум усилителя — это шум, который возникает либо внутри самого усилителя, что может быть вызвано внешним источником помех, либо плохим питанием усилителя. Давайте рассмотрим основные типы шума усилителя.

Задний план

Этот шум вызван недостаточным питанием усилителя. Если источник питания установлен на сетевом трансформаторе, шум будет на частоте 100 Гц (2×50 Гц по схеме диодного моста). То есть на выходе такого усилителя мы услышим гул, если к выходу подключить динамик. Думаю, вы часто слышали выражение типа «что-то, стреляют динамики». Это все из этой серии.

Помехи и помехи

Это могут быть внешние источники, так или иначе влияющие на усилитель. Это может быть датчик от сети 220 Вольт (чаще всего это можно увидеть, если просто прикоснуться к щупу сигнала осциллографа), также это может быть своеобразная искра, которая образуется в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Небольшое лирическое отступление. Помню, смотрел мультфильмы Диснея на Первом канале, а через дорогу сосед пил бензопилой Дружба-2. Потом на экране телевизора были такие помехи, что я молча проклял себе соседку.

А как же без ударов молнии? Благодаря электромагнитному импульсу у нас есть такое изобретение, как радио.

Источниками помех также могут быть радио- и телестанции, расположенное поблизости и стационарное электрическое оборудование, такое как мощные механические переключатели, разрядники и т.д.

И, конечно же, это шум самих радиоэлементов. Это включает тепловой шум (шум Джонсона), шум выстрела и шум мерцания.

Наиболее значительным является шум, возникающий на входе усилителя в самом первом каскаде. Этот шум дополнительно усиливается так же, как и полезный входной сигнал. В результате на выходе усилителя будет усиливаться как полезный сигнал, так и шумовой сигнал. Поэтому при разработке качественных усилителей стараются максимально снизить шумы на входе первого каскада усилителя.

Рабочий диапазон частот

Рабочий диапазон — это диапазон частот, в котором коэффициент усиления изменяется в допустимых пределах, указанных в технических характеристиках усилителя. Для этого нужно построить АЧХ усилителя. Обычно этот предел устанавливается на -3 децибела. Почему именно -3 дБ? Раньше было удобнее учитывать передаваемую энергию. В диапазоне –3 дБ передается 50% мощности сигнала.

Но иногда требуется небольшое изменение усиления. Например, на -1 дБ. В этом случае диапазон рабочих частот усилителя будет ниже:

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД — это отношение мощности нагрузки усилителя к мощности, потребляемой усилителем от источника питания

где это находится

Pout — мощность на нагрузке, Вт

Рвать. — мощность, потребляемая источником питания, Вт

Сравнение АЧХ двух АС

Для лучшего понимания при чтении сравним амплитудно-частотные характеристики двух акустических систем. Результат теста столбца отображается в виде графика. По горизонтальной оси показан частотный диапазон, по вертикальной оси — отклонения в децибелах. Обратите внимание, что отклонение на 1 дБ — это наименьшее заметное изменение звука, а на 3 дБ — небольшое, но заметное изменение громкости. Кроме того, вертикальная шкала является логарифмической, поэтому усиление звука от 0 до 10 дБ означает двукратное увеличение громкости, а не десятикратное в случае линейной оси.

Как видно из графиков, 1-я пара динамиков демонстрирует отличную АЧХ, практически сохраняя ровную горизонтальную линию в диапазоне от 40 Гц до 11 кГц. Нет больших провалов или отклонений вверх или вниз по всей линейке, отклонения находятся в пределах 1-2 дБ.

Вторая пара динамиков (оранжевая линия) характеризуется сильным пиком в диапазоне высоких частот. В области 6 кГц «горб» указывает на то, что в этом диапазоне динамики будут издавать резкий и раздражающий звук.

Коэффициент усиления

О коэффициентах усиления мы писали в прошлой статье.

Амплитудная характеристика усилителя

Амплитудная характеристика — это зависимость амплитуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока) (рис. 2.2).

Точка 1 соответствует шумовому напряжению, измеренному при Uvx = 0, точка 2 — минимальному входному напряжению, при котором сигнал на выходе усилителя можно отличить от фонового шума.

Секция 2–3 — это рабочая секция, в которой сохраняется пропорциональность между входным и выходным напряжениями усилителя.

После шага 3 наблюдаются нелинейные искажения входного сигнала. Степень нелинейных искажений оценивается по общему гармоническому искажению (или гармоническому искажению):

КГ = √ (U22m + U23m +… + U2nm) / Ulm

где Ulm, U2m, U3m, Unm — соответственно амплитуды 1-й (основной), 2-й, 3-й и n-й гармоник выходного напряжения. Значение D = Uin max / Uin min характеризует динамический диапазон усилителя. Рассмотрим пример возникновения нелинейных искажений (рис. 2.3).
Когда на базу транзистора относительно эмиттера подается синусоидальное напряжение ube, из-за нелинейности входной характеристики транзистора ib = f (ube) входной ток транзистора ib (и, следовательно, , выходной ток la является током коллектора) отличается от синусоиды, т е имеет большее количество гармоник.

Из приведенного примера видно, что нелинейные искажения зависят от амплитуды входного сигнала и от положения рабочей точки транзистора и не связаны с частотой входного сигнала, т.е для уменьшения искажения выходного сигнала, вход должен быть низкого уровня.

Поэтому в многокаскадных усилителях нелинейные искажения возникают в основном на оконечных каскадах, на входе которых принимаются сигналы с большой амплитудой.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя.

Частотная характеристика — это зависимость модуля усиления от частоты, а фазовая характеристика — это зависимость фазового угла между входным и выходным напряжениями от частоты. Типичная частотная характеристика показана на рисунке 2.4.

Частоты fн и fв называются нижней и верхней частотами среза, а их разность (fн — fв) — полосой пропускания усилителя.

При усилении гармонического сигнала с достаточно малой амплитудой искажения усиленного сигнала не происходит.

При усилении сложного входного сигнала, содержащего ряд гармоник, эти гармоники не усиливаются усилителем одинаково, поскольку реактивные сопротивления схемы по-разному зависят от частоты и, как следствие, это приводит к искажению формы усиливаемого сигнала.

Такие искажения называются частотными искажениями и характеризуются коэффициентом частотных искажений: M = K0 / Kf, где Kf — модуль усиления усилителя на заданной частоте.

Коэффициенты частотного искажения MN = K0 / KN и MV = K0 / KV называются соответственно коэффициентами искажения на нижней и верхней предельных частотах. Частотную характеристику также можно отобразить в логарифмическом масштабе. В этом случае мы говорим о LAPH (рис. 2.5), коэффициент усиления усилителя выражается в децибелах, а частоты указываются по оси абсцисс через декаду (диапазон частот между 10f и f).
В качестве реперных обычно выбирают частоты, соответствующие f = 10n. Кривые LFC имеют определенный наклон в каждой частотной области. Он измеряется в децибелах за декаду. Типичный фазовый отклик показан на рис. 2.6.
Его также можно построить в логарифмическом масштабе. В среднем диапазоне дополнительные фазовые искажения минимальны.

Фазовая характеристика позволяет оценить фазовые искажения, которые возникают в усилителях по тем же причинам, что и частотные.

Пример возникновения фазовых искажений показан на рис. 2.7, где показано усиление входного сигнала, состоящего из двух гармоник (пунктирная линия), которые претерпевают сдвиги фазы при усилении.

АЧХ наушников

Разберем на примере АЧХ наушников, на что следует обращать внимание при оценке качества звука того или иного динамика.

Поэтому напомним, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — это зависимость уровня звукового давления от частоты воспроизводимого выходного сигнала.

В технических характеристиках наушников указан их рабочий частотный диапазон. Как правило, скорость воспроизведения звука в наушниках должна быть хорошей в пределах указанного диапазона. Неверно предполагать, что вне этого диапазона не будет воспроизведения звука. Будет, но заметно тише.

Частотный диапазон, в котором качество звука соответствует заявленному, отмечен с помощью крайних точек. Вне указанных точек наблюдается значительное отклонение от средних данных. Как правило, диапазон рабочих частот должен сопровождаться указанием этого отклонения. Ниже приведен пример правильного выбора 2-х диапазонов звуковых частот:

• 19-13700 Гц — 6 дБ;
• 8,5–26600 Гц –12 дБ.

 

Манипуляция производителей может заключаться в том, что ряд (обычно дешевых) моделей демонстрируют узкий диапазон качественного воспроизведения звука, а более дорогие варианты динамиков, наоборот, имеют большой диапазон.

При этом для определения диапазона звуковых частот используются отдельные методы, не учитывающие инструментального анализа. Подробнее об АЧХ наушников вы можете прочитать на doctorhead.ru.

Более низкая частота воспроизведения

Разброс значений в низкочастотном диапазоне составлял от -6 до -20 дБ. Сектор ниже 10 Гц оказался очень чувствительным к внешним шумам и вибрациям. Кроме того, на конечный результат повлияло и расположение наушников. Если было небольшое падение в сторону 10 Гц, индикатор более низкой частоты записывался как 5 Гц. В случае большего спада он должен быть определен как -12 дБ.

Проверка ряда утверждений о том, что наушники могут безопасно воспроизводить звук на частоте 1 Гц, показала, что даже на низком уровне громкости анализируемые продукты не обладают достаточным запасом мощности.

Вывод: ограничение ограничения по нижней частоте определяется не снижением АЧХ, а конструктивными особенностями наушников. Так, в моделях с длинным и плавным падением APC нижний порог предела достигает 5 Гц, в таких наушниках на средней громкости шипения не слышно из-за малой амплитуды. Но для продуктов с высокими басами и без падения АЧХ в указанном диапазоне порог составляет 20 Гц.

Верхняя частота воспроизведения

Анализ высоких частот показал, что верхние пределы, сравнимые с заявленными производителями, могут быть достигнуты при отклонении от общего уровня порядка -15 ~ -20 дБ. При настройке звука эквалайзером за счет увеличения диапазона высоких частот отклонения в сторону уменьшения были порядка -3 или -6 дБ.

Как правило, каждый производитель самостоятельно решает, как настроить звук с помощью эквалайзера при публикации заявленной АЧХ. Ориентация на графиках показывает верхнюю границу частоты воспроизведения в пределах -18 дБ. Точные частоты и уровень скачков и провалов определять не стоит, многое зависит от того, как были надеты наушники.

Выше 10 кГц возможны большие колебания характеристик. Это зависит именно от того, как наушники фиксируются в ушной раковине. Даже смещение в миллиметр или меньше уже оказывает значительное влияние на качество звука.

График частотной характеристики показывает разные резонансные пики. В зависимости от глубины наушника в ухе, а также от физиологической особой ушной раковины будет слышен тот или иной пик резонанса. Поэтому лучше выбирать те изделия, в которых эти показатели резонанса ослаблены или не так выражены.

Кроме того, на коробках наушников указаны пределы частоты, за которыми наблюдается перепад, сама амплитудно-частотная характеристика не указывается. Например, чтобы указать звуковые характеристики усилителей, демонстрирующих все более однородную частотную характеристику, пороговые частоты указываются в дБ. Таким образом, формат 20 Гц — 20 кГц — 3 дБ устанавливает диапазон от 20 Гц до 20 кГц как стабильный, вне которого амплитуда сигнала будет значительно меньше 3 дБ.

В случае наушников на частотную характеристику могут повлиять тривиальная посадка ушей относительно головы и глубина затяжки заглушек, форма и материал амбушюр.

Да. Если вы приобрели некачественные наушники, например беруши, вы можете улучшить звук, только заменив амбушюры со стандартного силикона на поролоновый, и вы получите более качественную звуковую картинку. Появятся глубокие басы и качественные высокие частоты.

Как измеряется АЧХ?

Методы измерения АЧХ наушников и динамиков различаются. Поэтому показания динамиков, встроенных в акустические системы, измеряются в пространстве, гарантирующем отсутствие эха, то есть исключающее отражение звуковых волн. Такие измерения можно производить на открытом пространстве, но чаще всего используют специальное помещение со звукопоглощающими панелями и другими способами минимизировать эхо.

Что касается наушников, то их характеристики измеряются на специальном стенде, амплитудные характеристики которого зависят от его конструкции. То есть следует понимать, что в этом случае на АЧХ будет влиять не только конструкция наушников, но и характеристики самой среды измерения, которые необходимо указать при фиксации рабочего диапазона частот. Кажется вполне логичным, что необходимо сравнивать АЧХ разных наушников, измеренные на одном носителе. К сожалению, найти такие данные не всегда возможно, поскольку на практике обычно используются носители с разным дизайном.