Was Sie über Empfindlichkeit, Impedanz und Verstärkerleistung wissen müssen

Tun wir so, als wären wir verheiratet

Machen Sie mit uns einen kurzen Höhenflug und stellen Sie sich vor, Sie suchen nach Ihrem ersten Paar echter audiophiler Kopfhörer und haben sich entschieden, unseren LCD-2s den ersten Platz in Ihrem Pantheon der High-Fidelity zu geben Putz (gute Wahl!). Eine Sache, die Sie vielleicht gelesen haben, ist, dass wir die Verwendung eines ausreichend starken Kopfhörerverstärkers empfehlen, um das beste Klangerlebnis zu erzielen. Sie haben die gesamte Literatur darüber gelesen, dass LCD-2s eine Impedanz von 70 Ohm haben und ihre Empfindlichkeit 101 dB bei 1 mW beträgt, mit einem maximalen SPL von > 130 dB und ... und ... Sie können durchatmen, wenn Sie möchten. Dies ist eines der komplexeren Themen, mit denen sich Kopfhörerfans auseinandersetzen müssen, und etwas, worüber selbst Hardcore-Enthusiasten verwirrt sind. Wir werden unser Bestes tun, um diesen Knoten zu entwirren, ohne dass ein Ingenieurstudium erforderlich ist.


Eines der kniffligsten Dinge beim Umgang mit den Leistungsanforderungen für Kopfhörerverstärker hat mit der Beziehung zwischen drei Hauptfaktoren zu tun: der Empfindlichkeit der Kopfhörer , der Ausgang des Verstärkers und wie viel dem Ausgang des Verstärkers durch die Impedanz von widerstanden wird diese Kopfhörer. Alle diese Faktoren tragen unterschiedlich dazu bei, wie gut ein bestimmter Verstärker einen bestimmten Kopfhörer ansteuert. Um zu verstehen, warum diese Dinge wichtig sind, ist es nützlich, nicht nur zu wissen, wie Lautstärke, Impedanz und Empfindlichkeit gemessen werden, sondern auch, wie Lautstärke von unserem Gehirn interpretiert wird. All dies führt dazu, dass Sie möglicherweise zusätzliche Leistung von einem Verstärker benötigen, selbst wenn er bereits eine angemessene durchschnittliche Lautstärke erzeugt.


Gut und schlecht, ich definiere diese Begriffe


Ganz schnell, lassen Sie uns ein paar lockere Definitionen aus dem Weg räumen:

  • Schalldruckpegel (oder SPL) ist das, was Ihr Gehirn als < interpretiert t81>Lautstärke. Ein Dezibel (oder dB) ist die übliche Einheit zur Messung der Lautstärke.
  • Empfindlichkeit ist definiert als der SPL, der von einem Kopfhörer erzeugt wird, wenn Sie eine festgelegte Menge an Leistung bei einer bestimmten Frequenz anwenden.
  • Impedanz wird in Ohm gemessen und ist definiert als der Betrag des Widerstands gegen die zugeführte Spannung bei bestimmten Frequenzen (wir werden dies später behandeln).

Empfindlichkeit wird oft missverstanden und Impedanz wird selten gründlich erklärt, da es sich um sehr komplexe Themen handelt … also lesen Sie weiter!


Die Empfindlichkeit wird gemessen, indem ein Milliwatt (mW) Leistung an a angelegt wird Kopfhörer, während Sie einen Sinus-Sweep spielen (ein sanft gekrümmter Bereich reiner Frequenztöne). Dieser Sinus-Sweep erzeugt im Allgemeinen Töne vom niedrigsten Ende des hörbaren Frequenzspektrums bis zum höchsten – mit anderen Worten, alle Frequenzen, die die meisten Menschen hören können. Der SPL (Lautstärke), der von den Kopfhörern bei einer bestimmten Frequenz mit einer festgelegten Leistung erzeugt wird, wird als Empfindlichkeit bezeichnet, und für Kopfhörer ist der allgemein akzeptierte Standard die Verwendung von einem Kilohertz (kHz) als Empfindlichkeitsmessfrequenz.


Zurück zu unseren LCD-2s und ihrem Empfindlichkeitspegel von 101 dB bei 1 mW. Sie könnten dann annehmen, wenn Sie die Art der Empfindlichkeit kennen, dass Sie nur 1 mW Leistung benötigen, um diesen Kopfhörer auf 101 dB zu bringen. Ziemlich laut, oder? Dies ist zwar technisch gesehen wahr, aber es ist nur ein Teil der Geschichte.Der Hauptgrund für diese „Teilwahrheit“ betrifft die Natur des Klangs und wie Menschen ihn hören, wird aber durch die Impedanzkurve der Kopfhörer noch komplizierter


Es gibt keine reale Welt


In der realen Welt ist der Klang sehr selten eine glatte, saubere Welle, wie ein Sinus-Sweep. Es stellt sich heraus, dass reale Geräusche bei der Wiedergabe und der Aufnahme äußerst schwer zu reproduzieren sind, aber sie können durch gut gemachte Aufnahmen ziemlich realistisch simuliert werden. Wenn Sie jemals eine Grafik einer gut aufgezeichneten musikalischen Schallwelle gesehen haben, wissen Sie, was wir meinen: Sie sind gezackte, unregelmäßige Dinge mit unzähligen Spitzen und Tälern, und die gesamte „Welle“ scheint eine durcheinandergebrachte Masse von Höhen und Tiefen zu sein , und alles dazwischen. Eines der wichtigsten Dinge, die es zu beachten gilt, wenn man über echte Schallwellen spricht, ist, dass sie sogenannte Transienten erzeugen, während ein Sinus-Sweep dies nicht tut.


Eine Transiente ist, einfach ausgedrückt, eine Spitze in der Lautstärke eines bestimmten Frequenzbereichs, was typischerweise die Vorderflanke oder „Attacke“ eines Tons (wie ein Schlagzeugschlag) ist, die über einen sehr langen Zeitraum auftritt kurze Zeitspanne und mit einer viel höheren Lautstärke als das durchschnittliche Audio. Das Bild unten ist ein gutes Beispiel für eine Jazzmelodie namens "Black Arthur's Bounce" von Mark Dresser Seven (verwendet von permission). Beachten Sie, wie die Melodie bei einem vernünftigen Pegel (links) mit einigen ziemlich deutlichen Übergangsspitzen beginnt, aber gegen Ende lauter wird (rechts), gibt es einige ziemlich ernsthafte Vorübergehende Spitzen auftreten.

Die Leistung, die erforderlich ist, um diese Erhöhungen der Spitzenlautstärke zu erzeugen, ist nicht wie angenommen linear, sondern wird auf einer sogenannten logarithmischen Skala gemessen. Dies bedeutet, dass Sie für jede Erhöhung der Spitzenlautstärke um 10 dB 10-mal mehr Leistung benötigen, um sie zu erzeugen. Die einfache Rechnung sieht also so aus: Wenn ein transducer (alias der Treiber in einem Kopfhörer ist es das, was die Luft vibriert, um elektrische Energie in Schall umzuwandeln) Spitzen von 101 dB mit 1 mW erzeugen kann (wie unser LCD-2 oben), es würde 10 mW benötigen, um 111-dB-Spitzen zu erzeugen, 100 mW für 121-dB-Spitzen und 1000mW für 131dB Spitzen. Sie können sehen, wie sich dies schnell zu einem ziemlich hohen Leistungsbedarf für Aufnahmen mit großen Dynamikspitzen summiert.


Aus diesem Grund ist dies wichtig für die Reproduktion transienter Geräusche: Transienten können Lautstärkespitzen von 30, 40 oder sogar 50 dB über dem durchschnittlichen SPL haben. Wenn wir wissen, was wir mit logarithmischen Skalen tun, bedeutet dies, dass die aktuellen Anforderungen weitaus größer sind als das, was erforderlich ist, um einfach einen durchschnittlichen SPL zu reproduzieren. Wenn ein Verstärker nicht genug Leistung liefern kann, um diese großen Spitzen zu reproduzieren, „schneidet“ er die Transienten ab. Dies wird als Clipping, bezeichnet, was ein Modus der Audioverzerrung ist und sehr, sehr schlecht für die Genauigkeit ist dynamische Klangwiedergabe. Clipping kann mild klingen, als hätte jemand gerade die vorübergehenden Spitzen abgeschliffen, oder es kann hart klingen, als würden Sie Ihr Trommelfell abschleifen. So oder so, es ist nicht schön oder genau


Bezugnehmend auf „Black Arthur’s Bounce“ oben: Ein leistungsschwächerer Verstärker mag in der ersten Hälfte der Melodie eine gute Zeit haben, wird aber höchstwahrscheinlich gegen Ende stark übersteuern. Der Name des Spiels besteht darin, diese Dynamikspitzen so genau wie möglich zu artikulieren, ohne den Verstärker zu übersteuern, um den vollen Dynamikbereich der Aufnahme zu erhalten. Aus diesem Grund empfehlen wir eine Verstärkernennleistung, die über die hinausgeht, die erforderlich ist, um einfach in den Kopfhörern „Klang zu erzeugen“ – ein Verstärker muss eine viel größere Leistung liefern, um die transienten Spitzen reproduzieren zu können, die in gut aufgenommenem Audio zu finden sind.Diese zusätzliche Leistung wird auch als Headroom

bezeichnet

Unten ist ein Bild, das einen Ausschnitt von „Black Arthur’s Bounce“ zeigt, wenn nicht genügend Headroom vorhanden ist. Die roten Bereiche sind als abgeschnitten markiert und klingen, wie oben erwähnt, in unterschiedlichem Maße verzerrt – je mehr Rot, desto mehr Verzerrung ist vorhanden.

 

Nun, es ist alles in deinem Kopf


Wir wissen, was Sie denken. „130 dB sind laut genug, um mein Gehör zu zerstören! Warum sollte ich diese Spitzen reproduzieren wollen, wenn ich dadurch taub werde?“ Es ist wichtig zu verstehen, dass, obwohl die Lautstärke transienter Spitzen weit über das hinausgehen kann, was normalerweise als gesund für das Gehör angesehen wird, diese transienten SPLs nur wenige Millisekunden andauern und daher für Ihr Gehör nicht gefährlich sind. Noch wichtiger ist, dass die wahrgenommene Lautstärke so, wie Ihr Gehirn Geräusche interpretiert, tatsächlich auf einem viel niedrigeren Niveau liegt, da die Spitzen während dieser Zeit von Ihrem Gehirn „abgerundet“ werden . Das menschliche Gehör neigt dazu, Transienten als leiser wahrzunehmen, als sie tatsächlich sind, und die Transienten werden durch unsere Wahrnehmung „geglättet“. Denken Sie daran, dass dies keine durchschnittlichen Werte sind, sondern Spitzenwerte und unser Gehirn möglicherweise nur wahrnimmt eine 120-dB-Spitze als 90 oder 100 dB (oder sogar weniger, aber das wird wirklich kompliziert). Unten sehen Sie ein Bild, das ungefähr zeigt, wie das menschliche Gehör die Spitzen glättet. Der gelbe Bereich stellt den durchschnittlichen Lautstärkepegel dar, wie er vom Gehirn wahrgenommen wird, während der blaue Bereich den vollen Dynamikbereich der transienten Spitzen zeigt.

 

Rohe Kraft, unschlagbar


Die Erzeugung dieser hohen Spitzen und tiefen Täler ist entscheidend für die genaue und transparente Klangwiedergabe. Wenn ein Audiosystem diese lauten transienten Spitzen genau und ohne Clipping reproduzieren kann, ist sein dynamischer Headroom ausreichend. Das bedeutet, dass bei guten Aufnahmen Transienten näher an der „echten“ Darstellung (was auch immer das heißen mag) dargestellt werden können. Dies wird manchmal als „Sprungfaktor“ bezeichnet und hilft uns zu glauben, dass so etwas wie ein aufgezeichnetes Händeklatschen oder ein Trommelschlag echt klingen könnte. Um das zu erreichen, brauchen Sie zwei Dinge: schnelle, detaillierte Wandler (eine Spezialität von Audeze) und einen Verstärker, der stark genug ist, um die Membranen mit genug Geschwindigkeit bewegen zu lassen, um diese lauten transienten Spitzen zu reproduzieren.


Das letzte Teil unseres Power-Puzzles ist die Impedanz eines Wandlers (wir haben Ihnen gesagt, dass dies ein kompliziertes Thema ist!). Sehr vereinfacht ausgedrückt ist die Impedanz ein Maß für den Widerstand gegen die zugeführte Spannung durch die Schwingspule eines Wandlers bei einer bestimmten Frequenz. Das ist nicht die ganze Geschichte, reicht aber aus, um sich ein ungefähres Bild zu machen, was im Allgemeinen darauf hinausläuft: Je höher die Impedanz des Treibers, desto mehr Spannung wird benötigt, um eine hohe Lautstärke zu erreichen. Daraus folgt natürlich, dass es für einen Verstärker einfacher ist, die für transiente Spitzen erforderliche Spannung bereitzustellen, wenn ein Wandler eine niedrigere Impedanz hat. Hier kommen wir auf das zurück, was wir zuvor erwähnt haben, dass die Impedanz bei einer bestimmten Frequenz gemessen wird….


Eine Sache, die Audeze-Kopfhörer von Kopfhörern mit dynamischem Treiber unterscheidet, ist, dass unsere Wandler eine flache Impedanzkurve haben. Dies bedeutet, dass unsere Kopfhörer dieser Spannung unabhängig von der Frequenz auf nahezu dem gleichen Niveau widerstehen. Dies wiederum führt zu einer glatteren Empfindlichkeitskurve, was eine bessere Genauigkeit der Klangwiedergabe bedeutet, da es keine Frequenzen gibt, die mehr Leistung erfordern, um die Transienten zu erzeugen. Die meisten dynamischen Treiber haben eine große Resonanzspitze in ihrer Impedanzkurve, was zu einer schlechten Kontrolle der Membranbewegung bei diesen Resonanzfrequenzen führt.Unsere flache Impedanzkurve ist einer der Gründe, warum Audeze-Kopfhörer über das gesamte Frequenzspektrum hinweg transparenter, auflösender und neutraler klingen als Kopfhörer mit dynamischem Konustreiber


Würden Sie sich nicht über diesen rechtzeitigen Tipp freuen


Um das alles etwas einfacher zusammenzufassen und aufzuschlüsseln:

a) Ihr Gehirn „rundet“ scharfe Lautstärkespitzen ab, was bedeutet, dass Transientenspitzen tatsächlich viel lauter sein müssen, als Sie vielleicht denken, um genau zu klingen.
b) Die Leistung, die zum Erzeugen von Transienten mit hohem SPL erforderlich ist, ist tatsächlich Größenordnungen höher als die Empfindlichkeitsmessung der Kopfhörer.
c) Kopfhörer mit niedrigerer Impedanz benötigen weniger Spannung zum Treiben, was zu einer leichteren Belastung des Verstärkers führt. (Kopfhörer mit höherer Impedanz können mit Hochleistungsverstärkern mehr Details liefern, aber das ist eine Diskussion für ein anderes Mal.)
d) Je höher die Empfindlichkeit eines Kopfhörers ist, desto weniger Spannung ist erforderlich, um zu verhindern, dass ein Verstärker diese wertvollen Übergangsspitzen abschneidet .

    Der Gesamtzweck eines Verstärkers mit höherer Leistung besteht nicht unbedingt darin, Musik so laut wie möglich zu spielen, sondern vielmehr darum, die Genauigkeit der lauten Übergangsspitzen und den Dynamikbereich der Aufnahme beizubehalten. Dadurch wird die Darstellung dieser komplexen musikalischen Schallwellen so natürlich und sauber wie möglich ohne Clipping, was zu einem hochwertigen, verzerrungsfreien Klang führt. Wenn Sie sich am Ende des Tages mit Ihren Kopfhörern entspannen, ist das Wichtigste natürlich, was Sie glücklich macht. Gehen Sie also auf Entdeckungsreise, experimentieren Sie und finden Sie heraus, was es bedeutet, Uncompromised Audio.

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