Введение

Усилитель для наушников – это маломощный аудиоусилитель, разработанный специально для работы с наушниками, которые надеваются на уши или вставляются в ушной канал, а не с динамиками в акустических системах. Чаще всего усилители для наушников встроены в электронные устройства, оснащенные разъемом для наушников, такие как интегральные усилители, портативные музыкальные плееры (например, iPod) и телевизоры. Однако используются и отдельные устройства, особенно на рынке аудиофилов и в профессиональных аудиоприложениях, например, в музыкальных студиях. Усилители для наушников представлены как в потребительских моделях для любителей и аудиофилов, так и в профессиональных моделях, применяемых в студиях звукозаписи.

Потребительские модели

Усилители для потребительских наушников – это отдельные устройства, продаваемые на нишевом рынке аудиофилов, любителей высококачественного звука. Эти устройства обеспечивают более высокую выходную мощность и превосходную способность выдавать ток по сравнению с меньшими и менее дорогими усилителями для наушников, используемыми в большинстве аудиоплееров. В случае с чрезвычайно высококлассными электростатическими наушниками, такими как Stax SR 007, для их использования требуется специализированный усилитель для электростатических наушников или повышающий трансформатор и усилитель мощности, поскольку только специализированный усилитель или трансформатор способны обеспечить необходимые уровни напряжения для работы наушников. Большинство усилителей для наушников выдают мощность от 10 мВт до 2 Вт, в зависимости от конкретной модели наушников и конструкции усилителя. Некоторые мощные модели могут выдавать до 6 Вт на низкоомные нагрузки, однако практическая польза такой мощности для наушников не всегда очевидна, поскольку немногие ортодинамические наушники обладают достаточно низкой чувствительностью, чтобы эффективно использовать такую мощность, при этом достигая опасно высоких уровней громкости. По сути, усилитель для наушников – это небольшой усилитель мощности, который подключается к стандартному разъему для наушников или линейному выходу аудиоисточника. С электрической точки зрения, усилитель для наушников можно рассматривать как усилитель с очень высоким входным импедансом (в идеале – бесконечным), низким выходным импедансом (в идеале – нулевым) и широким диапазоном выходных напряжений (в идеале – бесконечным). Это позволяет наушникам с низкой чувствительностью звучать громче за счет дополнительного напряжения, обеспечиваемого усилителем. Существует потенциал для повышения точности воспроизведения, если наушники работают с меньшими искажениями, чем при использовании усилителя, встроенного в универсальный аудиопродукт. На практике это чаще всего встречается при использовании низкоомных наушников с потребительской электроникой, имеющей недостаточно низкий выходной импеданс (см. обсуждение импеданса ниже).

Объем

Большинство усилителей для наушников поддерживают более высокое выходное напряжение и, следовательно, большую мощность (громкость). В то время как большинство портативных электронных устройств питаются от источника питания 1,8, 2,5 или 3,3 Впп, многие усилители для наушников используют источники питания 10, 18 или 24 Впп, что позволяет получить на 5–20 дБ более высокую громкость. Если наушники звучат слишком тихо, добавление усилителя, способного выдавать более высокое напряжение/мощность, увеличит их громкость.

Выходное сопротивление

Многие усилители для наушников имеют выходной импеданс в диапазоне 0,5–50 Ом. Стандарт IEC 61938 1996 года рекомендовал выходной импеданс 120 Ом, но на практике это редко используется и не рекомендуется для современных наушников. Высокий выходной импеданс может привести к колебаниям частотной характеристики из-за изменения импеданса нагрузки на разных частотах. В 2008 году журнал Stereophile Magazine опубликовал статью, в которой показано, что выходной импеданс 120 Ом может вызвать ошибку в 5 дБ в частотной характеристике при использовании определенных типов наушников. Однако автор статьи также отмечает: «Последствия для субъективной оценки наушников более проблематичны, поскольку обычно неясно, какие предположения сделал производитель относительно импеданса источника». Что еще более важно, низкий выходной импеданс может снизить искажения, улучшив контроль источника над преобразователем. Это часто выражается коэффициентом демпфирования, при этом более высокие коэффициенты демпфирования значительно уменьшают искажения. Одна компания демонстрирует улучшение на 45 дБ в THD+N на частоте 30 Гц для своего усилителя с низким импедансом по сравнению с усилителем на 30 Ом. Например, наушники 32 Ом, подключенные к усилителю с выходным импедансом менее 1 Ом, будут иметь коэффициент демпфирования более 32, в то время как те же наушники, подключенные к iPod touch 3G (с выходным импедансом 7 Ом), будут иметь коэффициент демпфирования всего 4,6. Если применять рекомендацию в 120 Ом, коэффициент демпфирования будет неприемлемо низким – 0,26, и, следовательно, искажения будут значительно выше. И наоборот, тот же iPod touch, подключенный к наушникам на 120 Ом, будет иметь вполне приемлемый коэффициент демпфирования 17,1 и, скорее всего, не выиграет от добавления усилителя для наушников с более низким импедансом. Помимо выходного импеданса, при выборе усилителя для наушников важны и другие характеристики: THD, частотная характеристика, IMD, выходная мощность, минимальный импеданс нагрузки и другие измерения также имеют значение. Однако большинство из этих характеристик улучшатся при снижении выходного импеданса и, следовательно, повышении коэффициента демпфирования.

Подход "сделай сам"

Для тех, кто увлекается электроникой, низкое энергопотребление и относительная простота усилителя для наушников сделали его популярным проектом для самостоятельной сборки. В интернете можно найти множество схем усилителей для наушников, значительно различающихся по сложности и стоимости. Ярким примером является простая схема CMoy на операционном усилителе, одна из самых популярных конструкций усилителей для наушников. Простота CMoy облегчает сборку, а его размеры позволяют поместить его даже внутрь жестяной коробки от мятных конфет (вместе с батареями). С другой стороны, он часто собирается с использованием операционных усилителей, не предназначенных для работы с нагрузками столь низкого импеданса, как наушники, что приводит к ухудшению характеристик и различиям в звучании между разными операционными усилителями, которые не возникли бы в хорошо спроектированной схеме.

Кросс-фид и другие аудиопроцессы

Кроссфидинг слегка смешивает левый и правый стереоканалы, уменьшая чрезмерное разделение каналов, характерное для прослушивания в наушниках старых стереозаписей, и, как известно, вызывает головную боль у небольшой части слушателей. Кроссфидинг также улучшает характеристики звуковой сцены и делает музыку более естественной, как будто вы слушаете акустические системы. Хотя некоторые считают кроссфидинг очень полезным, многие предпочитают усилители без этой функции. Появление технологии цифровой обработки сигналов (DSP) побудило ряд производителей представить усилители с функциями "виртуализации наушников". По сути, чипы DSP позволяют двум динамикам в наушниках имитировать полноценную систему объемного звучания Dolby 5.1 (или более). Когда звуки от двух динамиков наушников смешиваются, они создают разницу фаз, которую мозг использует для определения местоположения источника звука. В большинстве наушников, поскольку правый и левый каналы не объединяются, как при кроссфидинге, создается иллюзия направленности звука.

Профессиональные аудиомодели

Усилитель наушников – это устройство, позволяющее одновременно подключать несколько наушников к одному или нескольким источникам звука (обычно сбалансированным), для мониторинга звука во время записи, будь то вокал или игра из "живой комнаты" или воспроизведение записанных треков. Усилители для наушников позволяют вокалистам и музыкантам слышать других исполнителей, играющих в отдельных кабинках. Они также дают возможность звукоинженерам и продюсерам контролировать живое выступление или процесс записи. Усилители для наушников с функцией субмикширования позволяют пользователю регулировать, смешивать и контролировать аудиосигналы, поступающие из нескольких источников одновременно. Этот тип усилителя часто используется во время записи для субмикширования воспроизведения отдельных stem-миксов или инструментов, поступающих с микшерного пульта или устройства воспроизведения. Во многих случаях у слушателей есть собственные регуляторы, позволяющие настраивать различные аспекты микса, а также индивидуальные и общие параметры, такие как уровень канала, общая громкость, низкие и высокие частоты. Распределительные усилители для наушников – это специализированные устройства, позволяющие подавать один сигнал одновременно на несколько наушников или на несколько групп наушников. Многие распределительные усилители, такие как представленный здесь, можно объединять последовательно, подключая аудиовход одного усилителя к каскадному выходу, обозначенному "THRU", другого усилителя. Существуют также различные комбинации профессиональных усилителей для наушников, сочетающие в себе функции субмикширования и распределения.