Сравнительный тест усилителей для наушников

C.E.C. HD53R Ver.8.0, Scythe KamaBay Amplifier SDA-1000, Behringer UB502, Audiotrak Dr.Dac2, Laconic LunchBox Pro, E-MU 1616m PCI, Audiotrak Prodigy7.1, Auzen X-Fi Prelude, Asus Xonar D2 и усилитель на базе AD815

Сравнительный тест усилителей для наушников — обзор

Условия тестирования

Тест выхода на наушники

Усилители подключались к роутеру на галетном переключателе с возможностью мгновенного переключения. Уровень громкости у всех  выставлялся одинаковым. Усилители подключались к линейным выходам профессионального интерфейса E-MU1616m. Благодаря гибкости внутренней панели управления PatchMixDSP была возможность использовать один плеер, воспроизводящий звуковые треки, а далее склонировать звуковой поток на аналоговые выходы. Управление треками в плеере осуществлялось через пульт ДУ. Из наушников были задействованы высокоомные аудиофильские Senheiser HD650 и низкоомные изодинамические Fostex T50RP.

Для каждого усилителя приведен график максимальной выходной мощности в зависимости от сопротивления.

График мощности Audiotrak Dr.Dac2 

Общая линия построена одной кривой, как минимум по 5-ти значениям. Промежуточные значения являются довольно условными.

Внизу видна полоска, которая может быть красной, оранжевой или зеленой.

• Красный участок показывает, что уровень мощности ограничен ростом искажений, т.е. усилитель может дать еще больше мощности, но при этом звучание будет со слышимыми искажениями в виде хрипа. Выше этого уровня в спектре сигнала начинается рост гармоник высших порядков.
• Желтый участок показывает, что при дальнейшем росте громкости искажения растут плавно и поймать порог, когда их будет реально слышно в зависимости от звукового материала невозможно. Показатель уровня мощности здесь весьма условный. При увеличении мощности спектр может изменится за счет роста гармоник низких порядков, или может наблюдаться рост всех гармоник, но без изменения распределения гармоник и их относительных уровней.
• Зеленая область — это значит, что громче усилитель играть уже не может и при этом искажений нет.

Тест выхода на АС (для C.E.C. HD53R Ver.8.0 и Scythe KamaBay Amplifier SDA-1000)

На все усилители сигнал одновременно подавался с профессионального звукового интерфейса E-MU1616m. Благодаря гибкости внутренней панели управления PatchMixDSP была возможность использовать один плеер, воспроизводящий звуковые треки, а далее склонировать звуковой поток на аналоговые выходы. Управление треками в плеере осуществлялось через пульт ДУ.

Переключения между усилителями осуществлялось через роутер на электромагнитных реле через проводной пульт ДУ. Это позволило переключать усилители между собой не привлекая ассистента, сделать переключения мгновенными и именно в тот момент, когда это наиболее удобно для тестирующего, плюс никаких отвлекающих факторов.

В качестве акустических систем высшего уровня выступили акустические системы на базе Eton8-800/37HEX + Vifa XT25. Такой же вуфер используется в ADAM S2.5A, а аналогичный твиттер в сателлитах BlueSky SAT 6.5 MK II. Для тех, кто ориентируется "качество=цена" стоимость аналогичных пассивных колонок на аналогичных комплектующих составит примерно $2000-2500 пара. Импеданс АС составляет 6 Ом. Альтернативные АС — широкополосные Fostex FE103 в оформлении закрытый ящик (стоимость данных динамиков без корпуса $100). Третьи АС для теста — пассивные колонки Jetbalance JB381 MK2 ($100).

Усилители сравнивались с усилителем на базе LM3886. Это сделано для того, чтобы оценить потенциал усилителей и спрогнозировать, не является ли покупка активной акустики выгоднее, либо отдельного усилителя для пассивных АС. Усилитель на базе LM3886 сделан Ерофеевым Иваном по  заказу iXBT.com для тестов усилителей в максимально простом исполнении, специально без выжимания максимального качества из LM3886. Подробно об усилителе на базе LM3886.

Основные параметры оценок

Усилители для наушников оценивались по основным параметрам

1. общее качество звучания на умеренной громкости
2. зависимость изменения качества звучания при увеличении громкости
3. резкий или плавный переход в искажения
4. хватает ли мощности для низкочувствительных наушников

Информация к размышлению

О типах наушников как нагрузке

Наушники условно делятся на низкооомные и высокоомные, для каждой группы свои требования к усилителю.

Если взять наушники с разным сопротивлением, но с одинаковой чувствительностью по отношению к мощности, то получим следующие графики для выходного тока и напряжения.

Как видно, чем больше сопротивление наушников, тем выше должен быть уровень выходного напряжения. В случае, если выход на наушники совмещен с линейным выходом, то максимальный уровень должен иметь определенное ограничение, соответствующему стандарту -10 dBV или +4 dBu. На практике у современных звуковых бытовых карт уровень выхода порядка 2 В rms. По этому отдельный усилитель нужен уже только низкочувствительным наушникам.

Для низкоомных наушников требуется гораздо больший ток, нежели чем для высокоомных. Ограничения по току приводят к перегрузке на выходе усилителя и резкому росту искажений. Второй важный момент, если выход не расчитан на наушники, а только на подключение к линейному входу с сопротивлением не ниже 600 Ом, то при подключении низкоомных наушников может наблюдаться существенный рост искажений. Как правило прослеживается зависимость роста искажений от уменьшения сопротивления нагрузки.

Если выход у звуковой карты заявлен как совместимый для наушников, но при этом может работать как линейный выход, то внешний усилитель может понадобится в большинстве случаев только для высокоомных наушников, а для тех звуковых, где вообще не рассчитано на наушники, то усилитель может понадобится и для высокоомных и для низкоомных.

Для страховки от короткого замыкания производители дополнительно в цепь выхода добавляют резистор. Это приводит к большему выходному сопротивлению и может существенно снизить выходную мощность, даже с высокоомными наушникам.

При этом некоторые звуковые карты имеют переключатель для усиления сигнала, например Prodigy7.1 через панель управления через электромагнитное реле или ProdigyHD2|Gold через перемычки на плате.

Можно ли по итогам теста выстроить усилители по номерами первый, второй, третий и т.п.?

Увы, нет. Можно дать лишь комплексную оценку, т.к. если усилитель имеет высокое качество звучания только на низкой выходной мощности, то усилитель с большей выходной мощностью и с пусть меньшим качеством может оказаться предпочтительнее. Так же усилители по разному себя ведут с низкоомной нагрузкой.

Можно ли выбрать усилитель не слушая, только по результатам объективных тестов?

Можно, но не исключается и вероятность ошибки. В тесте самодельный усилитель на Ad815i (не промышленный образец) показал отличные результаты на резистивных нагрузках (33, 50, 100, 300 Ом) и отлично работал с различными динамическими наушнками с импедансом от 32 до 300 Ом. Тем не менее самовозбуждался с Fostex T50RP, которые как нагрузка, теоретически наиболее близки к идеальной.

Можно ли зная мощность усилителя и чувствительность наушников, определить, хватит ли запаса по мощности?

Можно, но лишь приблизительно. Основную погрешность вносит отсутствие данных по импедансу и АЧХ наушников, а так же условий измерений. Неравномерность АЧХ наушников может легко достигать до 20 дБ, что вносит немалый разбег прогнозируемых значений.

Выходное сопротивление, на что оно влияет?

Выходное сопротивление влияет на АЧХ наушников и на выходную мощность.

В отличии от АС, где в области низких частот необходимо от усилителя необходимо низкое выходное сопротивление, в наушниках это не так актуально. Специально был сделан замер АЧХ низкоомных наушников Philips HD195 и высокоомных Senheizer HD650 на усилителях Laconic LB Pro с большим выходным сопротивлением и Dr.Dac2 с малым выходным сопротивлением.

Особой оптимизации на получение максимально корректной АЧХ не было (как например при замерах через искусственную голову), т.к. целью было получить не точные АЧХ наушников, подключенных к усилителю, а лишь изменение АЧХ. Наушники одевались на стенд, после делался замер АЧХ с разных усилителей, по время смены усилителей, наушники на стенде не трогались, что дает возможность увидеть изменения АЧХ именно от замены усилителя, а не смещения наушника на стенде. АЧХ HD650 с Laconic снималась в двух режимах, Hi и Low (на графике Low помечено как "высокоомный +").

Для большей наглядности показана разница между АЧХ, где качестве референсной взята от Dr.Dac2, ведь нам интересно увидеть, какие будут изменения от высокоомного выходного сопротивления по отношению к низкоомному.

Разница между АЧХ с Dr.Dac2 и Laconic в режимах Hi и Low.

В области от 1 до 5 кГц можно наблюдать изрезанность графика. Это вызвано провалами в этом частотном диапазоне АЧХ наушников. В текущей версии RMAA вычитать АЧХ можно только полученные через мультитоновый тестовый сигнал. Недостаток мультитонового сигнала заключается в большей чувствительности к шумам и по этому используется для замеров параметров устройств с высоким соотношением сигнал/шум. На мультитоновом сигнале небольшие шумы уже вносят погрешность. Выброс на 50 Гц — так же следствие пойманного шума от электроприборов в помещении.

Для высоомных наушников можно увидеть, что АЧХ меняется слабо, в режиме Hi для Laconic изменения порядка 0,25 дБ на низких частотах. Дополнительное сопротивление в режиме Low повышает низкие частоты еще на 0,5 дБ.

Разница между АЧХ с Dr.Dac2 и Laconic в режиме Low.

С низкоомными наушниками расхождение АЧХ немного больше, порядка 1 дБ. Это не та разница, чтобы боятся усилителей с высокоомным сопротивлением с точки зрения изменения АЧХ.

Какие можно сделать выводы о выходной мощности зная выходное сопротивление? Если указано максимальное выходное напряжение и выходное сопротивление, то можно воспользоваться формулой и прикинуть, какое максимальное напряжение усилитель сможет выдать. Разумеется здесь нет учета ограничения по току, и полученные данные будут из разряда максимально благоприятных.

Отлично видно, что чем больше выходное сопротивление, тем меньше выходное напряжение, и если у нас наушники с сопротивлением 16 Ом (к примеру Senheizer CX300), а выходное сопротивление 100 Ом, и заявлено, что максимальный уровень выхода 2 В rms, то при подключении наушников будет всего 0.27 В rms или 4.5 мВт.

Как видно, при малом выходном сопротивлении на низкой нагрузке уровень мощности стремительно растет. Очевидно, что может наступить перегрузка усилителя по выходному току, и по этому некоторые производители намеренно не делают низкого выходного сопротивления, чтоб не "сгорел выход".

Лампа, транзистор, цифровой усилитель — есть ли свой особый почерк?

Если усилитель не выходит в перегрузку, и в спектре нет характерных высоких искажений, то разница между усилителями перестает улавливаться.