Los altavoces pueden describirse y especificarse de diferentes maneras, lo que hace que la decisión de compra sea más complicada de lo necesario. Por lo tanto, es esencial poseer algunos conocimientos de la jerga utilizada en las especificaciones de los altavoces para asegurarse de que el producto que está comprando es el adecuado para sus necesidades. En el caso de los altavoces pasivos, la potencia nominal continua máxima admisible (en watts) es probablemente el parámetro más importante para garantizar un funcionamiento seguro y una buena calidad de sonido.
Sin embargo, con los altavoces activos, que tienen un concepto de diseño diferente, hay varios parámetros a considerar. El objetivo de este artículo es aclarar algunos de estos parámetros y explicar las relaciones entre ellos. En resumen, los watts no son lo mismo que el nivel de presión sonora. Averigüemos por qué.
El significado de la sensibilidad del driver
Primero, un driver de altavoz es un transductor que convierte una señal eléctrica de audio a ondas sonoras. En un altavoz, cada driver individual tiene un conjunto de especificaciones técnicas y una de ellas se conoce como sensibilidad. La sensibilidad de un driver es una medida de la relación entre la potencia que se le suministra y el sonido generado (SPL). La sensibilidad de un driver se mide en decibelios (dB), a un metro (3,3 pies) de la unidad, alimentándolo con un watt (2,83 voltios para un driver con una impedancia de 8 ohmios) de energía eléctrica. Por ejemplo, la especificación podría ser de 87 dB (1 W / 1 m). Se pueden comparar las sensibilidades de distintos drivers porque la industria del sonido ha establecido el estándar de medición anterior.
Cuanto más alto sea el índice de sensibilidad de un driver, más fuerte sonará con una cierta cantidad de potencia de entrada (watts). Las mediciones de sensibilidad de 88 dB (1 W / 1 m) son aproximadamente el promedio, y todo lo que esté por debajo de 84 dB (1 W / 1 m) se considera escaso. Se busca una sensibilidad igual o superior a 92 dB (1 W / 1 m).
Recordemos aquí también que para aumentar la salida de un driver en 3 dB se necesita duplicar la potencia del amplificador. Para aumentar la salida en 6 dB, se debe aumentar la potencia en un factor de cuatro, etc. Por ejemplo, si un driver tiene una sensibilidad de aproximadamente 88 dB (1 W / 1 m), necesitará dos watts para obtener 91 dB a 1 metro.
Tenga en cuenta también que las cifras de sensibilidad de los drivers se utilizan para calcular el nivel de volumen que producirá un driver a una distancia determinada con una potencia de amplificación determinada. No indica la calidad del sonido o la falta de ella.
¿Y qué hay de la eficiencia de los drivers?
La sensibilidad y la eficiencia de los drivers están relacionadas, pero no son idénticas. No obstante, en las conversaciones entre personas sin conocimientos técnicos, ambos términos se suelen usar indistintamente. La eficiencia es la relación entre la potencia de entrada del amplificador y la potencia acústica de salida del driver. Suele indicarse como un porcentaje, en lugar de watts por metro, que se refieren a la sensibilidad.
La verdad es que los drivers no son muy eficientes a la hora de convertir la energía eléctrica del amplificador en energía acústica. La eficiencia de los drivers suele oscilar entre el 0,1 % - 2 %, lo que indica que la mayor parte de la energía enviada a un driver se pierde (resistencia mecánica, fricción, calor, etc.) y no se transforma en sonido.
Limitaciones físicas de los drivers
Llegados a este punto, se preguntará por qué los fabricantes no crean drivers con la máxima sensibilidad posible. La respuesta es que hay que hacer una serie de concesiones para alcanzar ciertos niveles de sensibilidad. Por ejemplo, se podría aligerar el cono del driver para mejorar la sensibilidad, pero esto probablemente se traducirá en un cono más flexible, que tenderá a aumentar la distorsión general. A menudo, los ingenieros de transductores tienen que reducir la sensibilidad para eliminar los picos no deseados en la respuesta del driver. Los diseños óptimos son el resultado de concesiones equilibradas. En resumen, dos parámetros limitan el manejo de potencia por parte de un driver.
Limitaciones térmicas. El exceso de potencia calentará las bobinas de voz (una bobina de voz está hecha de una bobina de alambre que mueve el cono de un transductor según la corriente de señal que fluye por él) hasta el punto en que pueden expandirse y bloquear el hueco de la bobina de voz. El calor puede deformar las bobinas de voz, ablandar los adhesivos, quemar las resistencias cruzadas, etc. Además, un transductor pierde típicamente 3 dB de su sensibilidad cuando se le obliga a funcionar cerca del nivel de protección, un fenómeno conocido como compresión de potencia.
Excursión mecánica. Una excesiva potencia de entrada puede obligar al driver a hacer excursiones o movimientos muy amplios, posiblemente más allá de sus límites de diseño. Esto puede hacer que la bobina de voz del driver se salga del hueco del imán, se desalinee y no vuelva nunca a su posición original.
¿Qué pasa si se aumenta la distancia de medición?
Cuanto más lejos esté de un driver (científicamente llamado “fuente puntual” de sonido), menor será el nivel de sonido percibido (volumen) que escuchará. El sonido se propaga a través del aire, un proceso durante el que se pierde algo de energía con la distancia. La regla general es que cada vez que se duplica la distancia, se escucha la cuarta parte del nivel de sonido. Matemáticamente, en una situación en la que no se producen rebotes de sonido (radiación en campo abierto), el nivel de sonido de una fuente puntual disminuye en 6 dB cada vez que se duplica la distancia. Este principio se llama Ley del cuadrado inverso. Además, observe que en el caso de los line arrays (audio de “fuente lineal”, en lugar de “fuente puntual”), el nivel de sonido disminuye teóricamente en 3 dB cada vez que se duplica la distancia. Este comportamiento de la fuente de línea es especialmente válido por encima de 1 kHz.
Para ilustrar la ley del cuadrado inverso estándar, si se utiliza un driver con una sensibilidad nominal de 86 dB (1 W / 1 m) impulsado por un amplificador de 100 watts, producirá un nivel de sonido de 106 dB cuando se mida a 1 metro. Duplique la distancia a 2 metros, y el nivel de sonido caerá de 106 a 100 dB. Duplicando la distancia de nuevo a 4 metros se disminuirá el nivel en otros 6 dB, hasta los 94 dB.
¿Qué es el nivel de presión sonora (SPL)?
Diferentes personas pueden percibir el nivel de sonido de manera diferente, por lo que es muy útil medir objetivamente los niveles de sonido y expresarlos en términos numéricos. Para entender qué es el nivel de presión sonora, debemos entender primero qué es la “presión sonora”. La presión sonora (p) es la variación media de la presión atmosférica causada por el sonido, expresada en pascales (Pa).
El nivel de presión sonora (SPL) describe la presión de una onda sonora, expresada en decibelios (dB) en relación con la presión de referencia de 20 µP (micropascales) ó N/m2. En otras palabras, es la relación entre la presión sonora absoluta y un nivel de referencia de sonido en el aire. Los 0 dB SPL son el umbral medio de audición del sonido a 1 kHz de frecuencia para personas jóvenes sanas.
Ahora bien, la mayoría de las hojas de especificaciones de los altavoces mencionan dos valores diferentes de SPL que se definen de forma distinta.
- El pico de presión sonora (Lpeak) es la máxima presión sonora instantánea durante un período de medición.
- La presión sonora continua equivalente es el logaritmo de la relación de un determinado SPL RMS con la presión sonora de referencia, durante un intervalo de tiempo establecido.
Además, las condiciones en las que se tomaron las mediciones deben indicarse siempre junto con el valor de SPL para que sean científicamente válidas y reproducibles. Ejemplo: máxima salida acústica de corto plazo de onda sinusoidal, sobre el eje, en medio espacio, con una media de 100 Hz a 3 kHz a 1 metro.
¿Y qué hay de las especificaciones de los altavoces activos?
Los altavoces activos suelen contar con un driver por banda de frecuencia, cada uno de ellos equipado con un amplificador de potencia dedicado y precedido por un filtro electrónico de crossover, que separa la señal de audio de bajo nivel en las bandas de frecuencia que debe manejar cada driver. Este enfoque permite el uso de filtros activos complejos en la señal de entrada de bajo nivel, sin necesidad de utilizar crossovers pasivos, con las concesiones que conllevan.
Seguramente habrá notado que los fabricantes de sistemas de altavoces activos nunca indican la sensibilidad, eficiencia o impedancia del driver. ¿Por qué? Veamos, estos altavoces se diseñan como “sistemas” completos en los que el fabricante ha elegido cuidadosamente la sensibilidad óptima de los drivers que mejor se adapta a cada sección individual de amplificación del sistema. Para tales sistemas, las especificaciones que realmente importan son los valores de SPL: básicamente, el volumen al que pueden reproducir sonido a una distancia determinada.
Habiendo leído hasta aquí, es probable que ahora entienda que las capacidades de salida del amplificador, así como la sensibilidad del driver, la eficiencia, la impedancia y las limitaciones físicas son parámetros de diseño que varían. Durante el desarrollo de un altavoz activo, los ingenieros de investigación y desarrollo seleccionarán el conjunto de parámetros adecuados para lograr una determinada especificación objetivo (nivel de presión sonora pico y continua).
Conclusión
En los diseños de altavoces activos hay miles de posibles combinaciones de parámetros de amplificadores y drivers que técnicamente pueden llevar a la misma especificación de nivel de presión sonora. Los drivers de menor sensibilidad necesitarán más potencia de amplificación, y viceversa: las diferentes impedancias de los drivers requerirán una capacidad de salida del amplificador diferente, etc.
Cabe señalar también que el costo de añadir más potencia de amplificación (watts) es mucho menor que tener un driver con mayor sensibilidad (dB/W/m). Un driver barato puede emparejarse con un amplificador de mayor potencia con un costo de producción potencialmente menor que tener un driver de calidad y alta sensibilidad emparejado con un amplificador de baja potencia.
En los sistemas de altavoces activos, las especificaciones numéricas más relevantes relacionadas con el sonido son los valores de SPL. En conclusión, recuerde siempre que la calidad de sonido y la fidelidad de reproducción son los aspectos más importantes en los que debe centrarse al elegir un altavoz activo.