Как измерить децибелы наушников

Как рассчитать громкость звучания наушников

Этой статьей я хочу внести некоторую ясность в данный вопрос, так как в интернете мне не удалось найти решительно ни одной толковой статьи, где было бы подробно расписано, как вычислить громкость звучания (т.е. звуковое давление) конкретных наушников на конкретном устройстве.

О характеристиках наушников вы можете почитать здесь, сейчас же нам понадобится только две — импеданс и чувствительность. Весьма неплохое описание этих параметров есть на Doctorhead, однако формулы там тоже нет.

Итак, пусть мы имеем наушники с импедансом R = 32 Ом и чувствительностью S = 118 дБ/мВт (хотя правильнее было бы писать «118 dBSPL при 1 мВт» — дальше поймете, почему). В английском варианте это, соответственно, Ohm и dB/mW. Обозначение dBSPL используется мною ввиду отсутствия русского аналога. Далее у нас есть, скажем, плеер, который при максимальном уровне громкости и воспроизведении чистого тона с частотой 1 кГц даёт на выходе напряжение в U = 0.5 В. Нам необходимо посчитать уровень звукового давления, которое обеспечат наши наушники при подключении к данному плееру: SPL (sound pressure level) = ?.

Начнем с расчета мощности, подаваемой на наушники в случае их подключения к плееру. Как известно из школьного курса физики, мощность рассчитывается по формуле P = (U^2)/R. Тогда P = (0.5^2)/32 = 0.25/32 = 0.0078 (Вт) = 7.8 мВт.

В милливатты мы перевели вот зачем. Общепринято указывать выходную мощность в величине дБм, опорным значением для неё является 1 мВт (читайте статью про децибел в Википедии). Значение в децибелах рассчитывается по формуле PdB = 10lg[P/(1 мВт)]. Обратите внимание: логарифм используется десятичный (часто обозначается как log). Тогда PdB = 10lg(7.8/1) = 8.9 дБм.

Заметьте: мы не стали сразу умножать значение 118 дБ/мВт на 7.8 мВт, так как использование децибел в операциях умножения лишено смысла. Следует помнить, что вместо перемножения логарифмические величины складывают (что соответствует умножению абсолютных значений). А потому искомый уровень звукового давления вычисляется по формуле: SPL = S + PdB = 118 dBSPL + 8.9 дБм = 126.9 dBSPL.

Для наглядности я произвел те же вычисления в MathCad, а также вывел результирующую формулу:

Значения импеданса и чувствительности вы можете найти в документации к устройству, а уровень выходного напряжения плеера можно измерить вольтметром переменного тока. Надо также отметить, что методика измерения импеданса, и особенно чувствительности — у различных производителей может быть разная, а потому устройства от разных производителей далеко не всегда подлежат сравнению по заявленным характеристикам.

Информация от спонсора

SoftOk: программы для компьютера, планшета и телефона. Здесь Вы можете посмотреть рейтинг бесплатных антивирусов за последний год.

Источник

Что такое чувствительность наушников в дб

Чувствительность наушников определяет выходное звуковое давление или, если говорить проще, максимальную громкость подключенной акустики. Из-за особенностей измерения децибелов данная характеристика при одинаковой величине отличается в зависимости от производителя. Расскажем, что определяет чувствительность в наушниках и стоит ли доверять техническим характеристикам на коробке.

От чего зависит чувствительность наушников

Условно чувствительность в наушниках определяет размер магнитного сердечника: чем он больше, тем выше децибелы. Свою лепту вносит материал, из которого тот сделан. Например, использование неодимовых магнитов обеспечивает высокую чувствительность при небольших размерах, что используют для затычек или вкладышей.

Следующий момент связан со способом измерения чувствительности производителем. Окончательные данные зависят:

• от настроек стенда тестирования;
• этапа, на котором замеряли децибелы (полный сбор, только динамик);
• позиционирования модели как громких или тихих, но безопасных для слуха.

Таким образом, наушники могут получить разное значение при соотношении чувствительности:

• дБ/мВт – к мощности;
• дБ/В – к напряжению.

Разница также заметна, если чувствительность измеряется относительно частоты, равной для 1 кГц или 500 Гц. Если взять наушники с одинаковым значением чувствительности, но разным типом проверки и протестировать их на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), получатся разные результаты, вплоть до уменьшения указанных параметров и спецификаций на 5–15 дБ.

Дополнительное влияние на чувствительность оказывает импеданс, он же сопротивление. Работает это следующим образом: чтобы получить, например, 96 дБ, как у низкоомных наушников, высокоомные модели потребуют большее выходное напряжение. На что это влияет? При выборе гарнитуры ориентируйтесь на источник воспроизведения музыки. Смартфон и планшет выдают напряжение, равное 150–300 мВт, чего хватит, чтобы справиться с моделью, сопротивление которой составляет 50–80 Ом. Чем выше сопротивление, тем меньше искажается звук, и он становится чище по сравнению с низкоомными вариантами.

Если приводить данные о выходной мощности каждого устройства, то:

• среднестатистический плеер обеспечивает выходное напряжение от 300 мВт, профессиональные модели выдают выходное напряжение в 1 или 2 В;
• на компьютерах или ноутбуках разъем под наушники обеспечивает 300 мВт, выделенная звуковая карта может увеличить напряжение;
• телевизоры могут предложить напряжение в 600–800 мВт.

Учитывая вышесказанное, обращайте внимание на характеристику чувствительности к напряжению (дБ/В), где за выходную мощность берут номинальное напряжение 1 В. Если у беспроводных/проводных затычек указаны 130 дБ/В при сопротивлении 32 Ом, реальная чувствительность составит в районе 105 дБ из-за недостатка мощности встроенного усилителя.

Указанная чувствительность дает приблизительное представление о максимальной мощности наушников. Если взять две модели с характеристикой 114 дБ/В, то, добравшись до частоты в 500 Гц или 1 кГц, они могут показать одинаковый результат, но у одних наушников низкие и высокие частоты окажутся «завалены», у других – подняты. Субъективно вторые будут играть значительно громче первых, но при среднем значении сохранять одинаковый уровень громкости звука. Заметить эту разницу удастся только при прослушивании модели или получив сведения из сравнения АЧХ.

Как выбрать наушники, учитывая чувствительность

Чувствительность должна быть выбрана на основании среды дальнейшего использования наушников. Человек воспринимает звуковое давление от отметки в 0 или 140 дБ. Максимальное значение органы слуха ощущают как болевое воздействие, для получения контузии необходимо преодоление отметки в 145 дБ.

Если захотите заглушить шум от поездки в метро (95 дБ), необходима модель наушников, способная обеспечить максимальную чувствительность в 100–110 дБ. Но следует помнить, что прослушивание музыки на отметке в 90 дБ негативно влияет на органы слуха и постепенно приводит к его угасанию или полной глухоте. К примеру, средняя чувствительность при диалоге между людьми на расстоянии 1 метр составляет 60 дБ.

Если подводить итоги:

• не существует единого стандарта для проверки чувствительности наушников, и каждый производитель измеряет децибелы по собственной методике, указывая отношения чувствительности к мВт/В на частоте 1 кГц или 500 Гц;
• бренд может сознательно изменять конечный результат на упаковке в угоду маркетинга и продвижения модели;
• за конечное значение чувствительности также отвечает сопротивление;
• если у разных моделей один показатель дБ, это не значит, что они обеспечат одинаковую громкость на низких или высоких частотах;
• выходное напряжение разъема наушников отличается в зависимости от типа устройства (смартфон, компьютер, телевизор);
• перед покупкой наушников лучше послушать их вживую или найти амплитудно-частотные характеристики;
• не стоит слушать музыку на максимальной громкости из-за возможности навредить органам слуха.

Источник

Как рассчитать громкость звучания наушников

Этой статьей я хочу внести некоторую ясность в данный вопрос, так как в интернете мне не удалось найти решительно ни одной толковой статьи, где было бы подробно расписано, как вычислить громкость звучания (т.е. звуковое давление) конкретных наушников на конкретном устройстве.

О характеристиках наушников вы можете почитать здесь, сейчас же нам понадобится только две — импеданс и чувствительность. Весьма неплохое описание этих параметров есть на Doctorhead, однако формулы там тоже нет.

Итак, пусть мы имеем наушники с импедансом R = 32 Ом и чувствительностью S = 118 дБ/мВт (хотя правильнее было бы писать «118 dBSPL при 1 мВт» — дальше поймете, почему). В английском варианте это, соответственно, Ohm и dB/mW. Обозначение dBSPL используется мною ввиду отсутствия русского аналога. Далее у нас есть, скажем, плеер, который при максимальном уровне громкости и воспроизведении чистого тона с частотой 1 кГц даёт на выходе напряжение в U = 0.5 В. Нам необходимо посчитать уровень звукового давления, которое обеспечат наши наушники при подключении к данному плееру: SPL (sound pressure level) = ?.

Начнем с расчета мощности, подаваемой на наушники в случае их подключения к плееру. Как известно из школьного курса физики, мощность рассчитывается по формуле P = (U^2)/R. Тогда P = (0.5^2)/32 = 0.25/32 = 0.0078 (Вт) = 7.8 мВт.

В милливатты мы перевели вот зачем. Общепринято указывать выходную мощность в величине дБм, опорным значением для неё является 1 мВт (читайте статью про децибел в Википедии). Значение в децибелах рассчитывается по формуле PdB = 10lg[P/(1 мВт)]. Обратите внимание: логарифм используется десятичный (часто обозначается как log). Тогда PdB = 10lg(7.8/1) = 8.9 дБм.

Заметьте: мы не стали сразу умножать значение 118 дБ/мВт на 7.8 мВт, так как использование децибел в операциях умножения лишено смысла. Следует помнить, что вместо перемножения логарифмические величины складывают (что соответствует умножению абсолютных значений). А потому искомый уровень звукового давления вычисляется по формуле: SPL = S + PdB = 118 dBSPL + 8.9 дБм = 126.9 dBSPL.

Для наглядности я произвел те же вычисления в MathCad, а также вывел результирующую формулу:

Значения импеданса и чувствительности вы можете найти в документации к устройству, а уровень выходного напряжения плеера можно измерить вольтметром переменного тока. Надо также отметить, что методика измерения импеданса, и особенно чувствительности — у различных производителей может быть разная, а потому устройства от разных производителей далеко не всегда подлежат сравнению по заявленным характеристикам.

Информация от спонсора

SoftOk: программы для компьютера, планшета и телефона. Здесь Вы можете посмотреть рейтинг бесплатных антивирусов за последний год.

Источник

Как измерить громкость звука с помощью смартфона

Считаете, что соседи слишком громко делают ремонт или слушают музыку? Измерьте уровень исходящего от них шума с помощью специального приложения для смартфона.

Мы живем в очень громком мире. Уровень шума может быть особенно высоким в крупных городах, на шоссе, концертах и взлетных полосах. Если вам зачем-то понадобилось измерить громкость, вовсе не обязательно покупать специальный прибор (шумомер). Для бытового использования достаточно обычного смартфона.

Шумомер : измерение громкости на Android

Легко измерить уровень громкости можно с помощью приложения «Шумомер» для Android. Оно позволяет быстро и эффективно измерить уровень децибел в окружающей среде, при разговорах и во время разных мероприятий. Для этого необходимо только открыть программу.

• На главном экране приложения отображаются средние, самые высокие и самые низкие децибелы. Они меняются в зависимости от местоположения и измеряются в режиме реального времени.
• Особенностью приложения является возможность сравнить определенных уровней децибел с ситуациями в режиме реального времени. В частности, вы можете контролировать, превышают ли отображаемые децибелы болевой предел в 120 дБ или все еще находятся в рамках шума, характерного для спокойного разговора (приблизительно 40 дБ).

Dezibel X: измерение уровня громкости на iPhone

Пользователям iOS мы рекомендуем приложение Dezibel X. Речь также идет о программе для измерения уровня децибел, которое доступно для iPhone, iPad и Apple Watch. Кстати, программа также работает на Android. Особенностью приложения является уже откалиброванное «устройство» для измерения уровня децибел, которое может измерять громкость в диапазоне от 30 до 130 дБ. Результаты измерений программа выдает в виде графика.

• Приложение может использоваться совместно с камерой устройства. После этого отдельные фотографии могут отображаться с актуальным на момент съемки числом децибел. Также снимками с уровнем громкости можно сразу поделиться.
• Dezibel X может быть синхронизировано с вышеупомянутыми устройствами через iCloud. Результаты измерений можно хранить довольно длительный период и экспортировать в различные форматы данных (PNG, CSV).

Источник

Чувствительность наушников

Разные наушники при подаче одинакового уровня сигнала с усилителя играют с разной громкостью. Наушники с высокой чувствительностью играют громко, а наушники с низкой чувствительностью играют тихо.

По вертикали на графике АЧХ указывается уровень звукового давления, в мировой практике выражается в децибелах (дБ). Значения могут указываться относительными, а могут быть абсолютными в SPL (Sound pressure level — уровень звукового давления). Если значения указаны в SPL и указано, при каком уровне напряжения или мощности, то можно вычислить чувствительность наушников. Зная чувствительность наушников, можно вычислить, с какой громкостью будут играть наушники при подаче определенного уровня сигнала.

На графике показаны наушники с разной чувствительностью, для дальнейшего примера сопротивление наушников примем равным 32 Ом. Это важно для того, чтобы связать мощность с выхода усилителя и чувствительность, выраженную по отношению к мощности, а не напряжению. Ниже предлагается наглядная табличка.

Зависимость от чувствительности

наушники с высокой чувствительностью (зеленый) наушники с выше средней чувствительности (желтый) наушники со средней чувствительностью (красный)Чувствительность по отношению к напряжению на 1 кГц, В 133 121 108Чувствительность по отношению к мощности на 1 кГц, мВт 118 107 94Подаваемое напряжение на наушники для достижения громкости в 120 дБ, В 0.23 0.8 3.6Подаваемая мощность на наушники для достижения громкости в 120 дБ, мВт 1.6 3 405Соотношение длительности работы усилителя от одинаковой батареи 1 раз 2 раз 250 разЕсли у усилителя максимальный уровень напряжения для 32 Ом равен 0.3 В / 3 мВт, то максимальная громкость наушников будет равна, дБ SPL 122 111 98

Чувствительность по отношению к напряжению берется прямо из графика АЧХ, там, где линии графика пересекают 1 кГц, по вертикальной шкале берется значение в дБ. По отношению к мощности значение отдельно пересчитывается. Знание чувствительности необходимо как для расчета максимальной громкости, которую могут развить наушники при использования конкретного усилителя, так и для расчета энергопотребления.

Для перевода чувствительности из дБ/В в дБ/мВт и наоборот предлагается следующая табличка:

Соотношение чувствительности дБ/В и дБ/мВт

95 дБ/мВт 98 дБ/мВт 100 дБ/мВт 105 дБ/мВт 110 дБ/мВт12 Ом, дБ/В 114 117 119 124 13016 Ом, дБ/В 113 116 118 123 12824 Ом, дБ/В 111 114 116 121 12632 Ом, дБ/В 110 113 115 120 12550 Ом, дБ/В 108 111 113 118 12385 Ом, дБ/В 106 109 111 116 121100 Ом, дБ/В 105 108 110 115 120300 Ом, дБ/В 100 103 105 110 115600 Ом, дБ/В 97 100 102 107 112

Если наушники на графике АЧХ на 1 кГц пересекают по вертикали значение 125 на 1 кГц и сопротивление наушников равно 50 Ом на 1 кГц, то смотрим строчку для 50 Ом. Значение 125 видно в столбце 110 дБ/мВт, что и есть чувствительность данных наушников в соотношении дБ/мВт. Если известно, что у наушников сопротивление 85 Ом, а чувствительность 105 дБ на 1 кГц, то смотрим строчку для 85 Ом и столбец 105 дБ/мВт, получаем значение 116 дБ/В. На таком уровне по вертикали будет пересекать график АЧХ значение 116 дБ по вертикали на 1 кГц.

Тип наушников: проводные

Минимальная воспроизводимая частота, Гц: 5

Тип наушников: проводные

Минимальная воспроизводимая частота, Гц: 10

В паспортных характеристиках зачастую пишется чувствительность наушников. Однако из-за отсутствия жесткого стандарта к конструкции измерительного стенда, у разных производителей чувствительность несопоставима. К примеру, Sennheiser CX 550 Style II и AKG IP 2 обладают одинаковой чувствительностью, но в паспортных данных указано 114 дБ/1В на 1 кГц для CX 550 и 123 дБ/1В на 1 кГц для IP 2. На нашем стенде чувствительность наушников составила 128 дБ / 1 В на 1 кГц. Возникает закономерный вопрос, если данные так различаются, то стоит ли на чувствительность обращать внимание? Т.к. каждый производитель для определенных типов наушников использует зачастую один стенд, то благодаря нашим измерениям можно делать относительную поправку на чувствительность. Также следует учесть, что разные производители измеряют чувствительность на разных частотах, например Sennheiser и AKG приводят чувствительность относительно 1 кГц, а Beyerdynamic по стандарту IEC 60268-7 — 500 Гц, что при разных АЧХ наушников дает разные результаты. Так же производитель может указать среднее значение для определенного частотного диапазона или наоборот пиковое значение по всему частотному диапазону. Производитель может привести чувствительность с поправкой на громкость звука представленного не для гармонического, а для шумового сигнала. В данном случае значение чувствительности будет ниже на 9 дБ.

Высокие значения чувствительности по отношению к 1В не должны пугать. Если у наушников вкладышей/затычек чувствительность оказалась на уровне 130 дБ/В, и при этом у наушников сопротивление 32 Ом, то в пересчет на мВт это будет всего 105 дБ, подобную цифру можно увидеть на многих коробках. Для примера взглянем на максимальное выходное напряжение у среднестатистического плеера.

Большинство плееров на низкоомной нагрузке выдают лишь 0.2

0.3В, что позволяет развить давление в данных наушниках лишь до 110 дБ. Однако это значение справедливо для синуса, а для музыкального сигнала с учетом его энергетической плотности значение опустится еще примерно на 9

12 дБ и составит не более 101 дБ. В метро уровень шума на уровне 95 дБ. Получается, что вкладыши/затычки будут играть лишь на 6 дБ громче. Дополнительную разницу даст шумоизоляция затычек закрытого типа.

Также важно, что чувствительность дает довольно приблизительные данные о том, с какой громкостью будут играть наушники.

В примере показаны наушники с формально одинаковой чувствительностью 114 дБ/В как для частоты 500 Гц, так и 1 кГц. Однако видно, что у одной модели на АЧХ подняты низкие и высокие частоты (оранжевый график), а у другой наоборот низкие и высокие частоты завалены (голубой график). В итоге первые наушники субъективно будут громко играть, а вторые тихо, несмотря на формальную одинаковую чувствительность. По этой причине ориентироваться нужно именно на графики с АЧХ, в то время как данные по чувствительности без АЧХ могут не показать полной картины.

Стенд как таковой может настраиваться разными способами, по шуму в открытом или номинальном пространстве, по синусу или другому сигналу. В зависимости от способа, значения будут различаться, причем различия могут достигать до 10 дБ и выше. Предпочтение отдается субъективной экспертизе, при настройке на синусах в районе низких частот и узкополосном шуме на высоких. Наш стенд откалиброван по розовому шуму с частотным диапазоном 300 Гц — 2 кГц при субъективном сравнении громкости сигнала между наушниками и акустической системой.

Это позволяет оценить громкость тех или иных наушников в соответствии с акустическими системами. По данному методу ранее рекомендовалось субъективно вычислять АЧХ наушников в ГОСТ 28728-89 (метод прямого измерения — сравнительная частотная характеристика наушников в свободном поле).

Стоит обратить внимание на то, что жесткого стандарта как такового не существует и это дает возможность производителям указывать данные из маркетинговых соображений. Можно указать большую чувствительность для лучших продаж определенной модели, как более чувствительной, а можно занизить значение, что бы здравоохранительные органы не попрекали за пособничество в потери слуха у молодежи. Также некоторые производители могут приводить чувствительность наушников исходя из чувствительности капсюля, не учитывая, что итоговая чувствительность наушника в сборе будет отличатся. Таким образом к данным на коробках стоит подходить с осторожностью.

Мы предлагаем результаты измерений, сделанных в одинаковых условиях, что позволяет проводить корреляцию данных между собой. Особое внимание стоит обратить на то, что чувствительность для больших наушников и вкладышей/затычек измеряется в одних и тех же условиях, что позволяет сопоставлять чувствительность наушников между собой.

Нельзя не упомянуть и о погрешности измерений. В зависимости от посадки наушников итоговое значение может колебаться в районе 3-4 дБ. Для полноразмерных наушников итоговая АЧХ является средним значением между АЧХ для правого и левого наушника. Таким образом данные выглядят как 103 ±2 дБ/В.

Существуют исследования, результаты которых определяют связь между громкостью и значениями в SPL:

Значения SPL в дБ

Звук/Громкость дБПорог слышимости 0Тиканье наручных часов 10Шепот 20Звук настенных часов 30Приглушенный разговор 40Тихая улица 50Обычный разговор 60Шумная улица 70Опасный для здоровья уровень 80Пневматический молоток 90Кузнечный цех 100Громкая музыка (на дискотеке, концерте) 110Болевой порог 120Клепка, сирена 130Реактивный самолет 150Смертельный уровень 180Шумовое оружие 200

Данные значения относятся к уровням громкости для акустических систем, с учетом повреждения внутренних тканей человека от низких частот. В наушниках низкие частоты действуют только на барабанную перепонку и не действуют на остальные участки тела — сердце, печень, мышечные ткани и т.п. По этому в наушниках порог на максимальную громкость, в целом выше, однако все равно следует помнить, что долгое прослушивание на высокой громкости до добра не доведет. Также таблица показывает значения для гармонических сигналов. Т.к. музыкальный сигнал по спектральной плотности близок к шуму, то в целом громкость музыкального сигнала снижается на 9 дБ (из соотношения энергетической плотности синуса и шума, для синуса — 3 дБ, для шума — 12 дБ).

Представление чувствительности к напряжению удобны тем, что можно наглядно оценить зависимость громкости от подаваемого напряжения. Шаг в 6 дБ дает изменение напряжения в два раза. Зависимость изменения громкости от подаваемого напряжения логарифмическая. При выборе наушников можно также сделать вывод, если у наушников А чувствительность равна 100 дБ, а у наушников Б — 106 дБ, то это значит, что наушники А будут играть с аналогичной громкостью как и наушники Б, если для них выставить у усилителя громкость в два раза выше.

Источник