Измерение параметров выхода на наушники смартфона Google Pixel 4a
Сначала посмотрю максимальное напряжение на выходе при максимуме громкости в телефоне, на рис.1 это показано, где нагрузки нет, измеряем напряжение на холостом ходу (ХХ) усилителя наушников. Использовалась запись синуса 1 кГц, с уровнем записи 0 дБ, где напряжение в пике достигает максимума.
Как видим, напряжение в пике достигает 0,43 В (для плюсовой волны), что для динамических обычных наушниках уровень нормальной громкости, т.е. запаса по громкости нет. И, кроме того, выходное сопротивление усилителя забирает часть энергии. Поэтому, чтобы посчитать выходную мощность нагружу выход наушников на 30 Ом (на каждый канал), ниже полученный результат. Масштаб по вертикали изменен. Далее все осциллограммы будут с нагрузкой 30 Ом на канал.
Как видим, на холостую пик напряжения достигает (рис.1) около 0,43 В, а с нагрузкой (рис.2) 0,37 В. То есть падение напряжения на внутреннем сопротивлении усилителя составило 0,06 В, но это пиковое значение, действующее значение равняется умноженное на 0,707, получаем напряжение 0,04242 В. Чтобы найти выходное сопротивление Rвых нужно найти ток, который считаем по сопротивлению 30 Ом: I=Ur/R=0,37*0,707/30= 0,00872 А. Тогда выходное сопротивление находим через падение напряжения на нем и протекающий ток в цепи: Rвых= Uхх-Ur/I= 0,04242/0,00872= 4,8 Ом. Более вероятно, что реальное сопротивление равно 5 Ом.
Максимальная мощность на нагрузку 30 Ом составила всего P=U2/R= (0,37*0,707)2/30= 2,3 мВт.
Ниже показана форма меандра 1 кГц, записанного с уровнем 0 дБ, при этом громкость снижена была на две позиции в телефоне, чтобы выбросы не обрезались сверху и снизу.
И ниже импульсная характеристика, запись импульса с уровнем 0 дБ, громкость 100% на телефоне.
Импульс по уровню (по высоте) получился меньше, чем синус, т.к. на максимальной частоте 22,04 Гц (на которой записан импульс) АЧХ падает, чтобы отфильтровывать ступеньки, иметь плавный (аналоговый) вид напряжения.
Как видим, импульсная характеристика не стандартная, колебания только после импульса возникают. Запись была с частотой дискретизации 44,1 кГц, в то время как кварц в телефоне, видимо, один используется и на частоту 48 кГц, но при этом биений и дрожаний импульса и меандра на живой осциллограмме не видно, что говорит о хорошей программной передискретизации в ЦАП или кварц работает на этой частоте.
Ниже на рис.5 показаны ВЧ шумы на записи синуса 1 кГц записанного с уровнем 0 дБ, при снижении уровня громкости, где сигнал (размах) напряжения на выходе снижается в пике примерно до 0,175 В, чтобы ВЧ шумы были различимы на фоне сигнала. Чем тоньше линия, тем лучше, меньше ВЧ колебаний.
По шумам все не плохо, на уровне отдельных ЦАП начального или даже среднего уровня. Что дает надежду на хороший звук, при условии низких искажений на нагрузке, поэтому дальше проведу измерения с помощью программы RMAA с нагрузкой и без нагрузки…
Ниже приведена сводная таблица с параметрами, с нагрузкой 30 Ом и без нагрузки (ХХ), для сигналов 16 бит 44,1 и 48 кГц. Громкость для режима холостого хода в телефоне была выставлена минус один шаг от максимума, чтобы вписаться в размах АЦП (использовалась для записи карта ESI UGM192). При нагрузке 30 Ом громкость в телефоне была выставлена на 100% (как при воспроизведении музыки).
Как видим, параметры на уровне Hi-Fi, причем параметры для 44,1 и 48 кГц почти не отличаются, ну разве, что по уровню шумов режим 44,1 кГц чуть повыше, что говорит о том, что в телефоне 1 кварц на 48 кГц используется, режим 44,1 кГц эмулируется, математически пересчитывается и делается это качественно. И это видно было на осциллографе, импульс не «дышит», как это обычно наблюдается на внутренних картах Asus и Creative, где применяются упрощенные алгоритмы ресамплинга (пересчета).
Но, что особенно хорошо, нагрузка 30 Ом почти не сказывается на искажениях, притом, что измерение проводилось на том уровне громкости, как и при прослушивании (100%). Получается, единственный недостаток встроенного ЦАП это невысокая мощность, без запаса. Но с другой стороны это позволяет работать ЦАП на полном разрешении. И поэтому данный телефон играет на уровне ЦАП-ов начального Hi-Fi уровня. Есть подозрение, что в телефоне используется ЦАП Qualcomm WHS9415, по параметрам сильно похож, вплоть до выходного сопротивления 5 Ом.
Ниже привожу отдельно графики для худшего режима 16 бит/44,1 кГц с нагрузкой 30 Ом на канал.
Почему-то под нагрузкой разделение каналов уменьшается до 40 дБ, не знаю, может кабель такой или может даже АЦП, но это не телефон, проверил на других устройствах, тоже самое, как и разбаланс между каналами около 0,5 дБ это тоже ошибка измерения АЦП, по осциллограммам видно, каналы ровные.
Вывод: выход на наушники у смартфона Google Pixel4a достойный, уровень громкости, скорее всего, умышленно ограничен. По звуку, сравнил с ЦАП Shanling UA3, мне показалось UA3 в деталях чуть точнее и чище, бас чуть рельефнее, но возможно дело было в громкости (не выравнивал при сравнении).
В телефоне при прослушивании использовал встроенный плеер, мне думается, если использовать специализированный плеер Neutron, то звучание будет еще лучше, т.к. этот плеер работает с 32 битной точностью, т.е. обходит все встроенные алгоритмы Андроид, где, скорее всего, разрешение не выше 24 бит, а может и 16 и плюс ошибки округления могут быть значительные, для экономии ресурсов процессора.