Gráfica del módulo de la respuesta en frecuencia de un altavoz montado en caja cerrada
La respuesta en frecuencia es uno de los parámetros principales de un altavoz, junto con la potencia. Por razones mecánicas y de diseño, un altavoz sólo no puede cubrir todo el margen de audio, por lo que se construyen altavoces especializados en reproducir ciertas bandas de audio: sub-graves, graves, medios, agudos y súper-agudos.
Gráfica del módulo de la respuesta en frecuencia
de un altavoz montado en caja cerrada
Siendo fc la frecuencia de resonancia en caja cerrada. Este valor suele ser de varias decenas de hertzios. Si fc = 60 Hz, la zona plana de la respuesta llegaría hasta poco más de los 600 Hz.
Es la relación compleja (módulo y fase) entre la tensión en bornes del altavoz y la corriente que circula por él. También se puede definir como la resistencia eléctrica que "ve" el equipo anterior. La impedancia eléctrica de entrada varía mucho con la frecuencia, sobre todo en torno a la frecuencia de resonancia del altavoz.
Gráfica real del módulo de la impedancia
de entrada de un altavoz electrodinámico de radiación directa
Es es la frecuencia donde el sistema mecánico entra en resonancia. Se debe especificar el valor de la frecuencia para la cual el módulo de la impedancia eléctrica de entrada tiene su primer máximo. En el caso de la figura superior la frecuencia de resonancia está en 45 Hz.
Para facilitar los cálculos de instalaciones y equipos, y para trabajar con un dato único y no una compleja gráfica, el fabricante da el valor de la impedancia nominal. Este valor suele ser de 4W, 6W, 8W ó 16W. Este valor se toma de la zona plana que hay tras la frecuencia de resonancia, en la gráfica de la impedancia eléctrica de entrada; aunque se admite una variación de hasta el 20%.
En la gráfica superior, la zona plana se encuentra entre los 150 y los 400 Hz. y el valor es de 10W, con lo que se puede decir, incluyendo el margen del 10%, que la impedancia nominal del altavoz es de 8W.
Es la potencia eléctrica que el altavoz es capaz de disipar con una señal de prueba de ruido rosa filtrado (simulando a señal musical) sin sufrir daños permanentes. La duración de la prueba es de un segundo y se repite 60 veces a intervalos de un minuto. El valor de la potencia se calcula sobre el valor nominal de la impedancia.
Es la potencia eléctrica que el altavoz es capaz de disipar con una señal de prueba de ruido rosa (que simula un programa musical) sin sufrir daños permanentes. La duración de la prueba es de un minuto y se repite 10 veces a intervalos de dos minuto.
Es la potencia eléctrica que el altavoz es capaz de disipar con una señal de prueba, que es un barrido continuo dentro del margen de trabajo de señal senoidal, sin sufrir daños mecánicos o térmicos. La duración de la prueba es de un 100 horas consecutivas. Este dato no suele ser facilitado, ya que los dos anteriores aportan suficiente información.
La norma usada en cada caso para la medida, determina el espectro de la señal banda ancha, el tipo de señal (ruido rosa generalmente) y el tiempo de duración de la prueba. Normas conocidas son la normas AES, IEC, EIA... El valor de potencia eléctrica que se está aplicando al altavoz se calcula midiendo la tensión eficaz en bornes del altavoz para el valor de impedancia nominal.
Fórmula empleada para calcular la potencia eléctrica
consumida
Se define como el nivel de presión sonora (NPS) medido a 1 m de distancia en la dirección del eje de mayor radiación del altavoz, cuando es excitado con un 1 W de potencia eléctrica, medida esta sobre su impedancia nominal. La señal que se utiliza es de banda ancha, preferiblemente un ruido rosa, cuyo espectro se parece más a la señal musical o vocal. Se puede dar el dato para radiación esférica o hemisférica (montado en pantalla infinita). Entre dos altavoces de iguales características de respuesta en frecuencia, potencia nominal, impedancia de entrada y directividad, es preferible el que mayor sensibilidad tenga.
Esta medida, así como la mayoría de las medidas de sonido, se han de hacer sin que influyan las posibles reflexiones del sonido en elementos cercanos, lo que adulteraría la medida. Para evitar estas reflexiones se usan "cámaras anecoicas" que están construidas con un diseño y materiales que hacen que no existan reflexiones en su interior, ni se cuelen ruidos externos.
Fotografía del interior de una cámara anecoica
Las pasarelas y los elementos del centro de la cámara son usados para colocar las fuentes a medir y los dispositivos de medida.
El rendimiento es el resultado de la división de la potencia acústica radiada por el altavoz, entre la potencia eléctrica consumida en el altavoz. Se suele dar en porcentaje. La eficiencia también se calcula de igual modo, y sus valores se suelen dar en unidades. Sin embargo la forma de calcular las potencias acústica y eléctrica para rendimiento y eficiencia son diferentes, ya que el rendimiento incluye las pérdidas mecánicas del sistema. Es decir, la resistencia al movimiento de la suspensión del diafragma.
El dato del rendimiento es el más ajustado a la realidad de los dos. Tanto el rendimiento como la eficiencia son valores que varían con la frecuencia, igual que la resistencia eléctrica de entrada. En ambos casos y para ciertas frecuencias los valores pueden superar el valor máximo de 100% o 1 respectivamente. A pesar de la fidelidad de estos parámetros a la realidad, para saber si un altavoz radiará mucha energía acústica, es más cómodo fijarse en su sensibilidad. Un altavoz poco sensible necesitará consumir más energía eléctrica que otro muy sensible, para lograr el mismo nivel de presión sonora.
Es la variación del nivel de presión sonora a una distancia fija, en función del ángulo de giro del altavoz. La directividad se especifica mediante gráficas para bandas de tercio de octava de ruido rosa, con distintas frecuencias centrales y para giros de 10º a 15º. Las bandas que se usan tienen las siguientes frecuencias centrales: 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4 KHz, 8KHz y 16KHz. El registro de estas gráficas se hace situando el altavoz en un banco giratorio, se reproduce una banda concreta y se mide el NPS a una distancia fija, se va girando el altavoz en el plano horizontal de 15 en 15 grados y midiendo la caída de NPS con respecto al valor de NPS a 0º. Se repite el procedimiento para cada banda. Si el altavoz es de simetría circular, la directividad vertical y horizontal será la misma. Si no lo es, habrá que hacer el mismo procedimiento girando el altavoz en el plano vertical.
Ejemplo de diagrama de directividad horizontal con cuatro frecuencias significativas
Las curvas de directividad suelen ser simétricas respecto al eje de radiación, al menos en el plano del que se trate. Es decir, en directividad horizontal, se dan iguales pérdidas a 300º que a 60º para una misma frecuencia. Por este motivo y para no emborronar la gráfica, sólo se representa un lado de la curva para cada frecuencia, entendiendo que el lado que falta es simétrico respecto al eje de 0º-180º. Si el sistema tiene simetría de revolución, la directividad vertical será igual.
Es un valor que se expresa en grados sexagesimales (de 0º a 360º), e indica la porción del espacio situado frente al altavoz, horizontal o vertical, en donde la caída del NPS respecto al eje es menor de 6dB. El ancho de haz se mide de lado a lado del haz. Normalmente se suele dar el valor de ancho de haz a -6dB, aunque a veces se da para -3dB; siempre se especifica. Este dato es muy útil para realizar proyectos de refuerzo sonoro, para distribuir los altavoces de forma que toda la audiencia quede cubierta con un nivel suficiente. Valores típicos de ancho de haz para bocinas son 20º, 40º, 60º, 90º ó 120º.
Ejemplo del ancho de haz de una bocina
Los cálculos de recubrimiento basados en los datos de ancho de haz, son sólo aproximados, ya que no se tienen en cuenta las pérdidas de nivel con la distancia, es decir, las pérdidas por divergencia esférica. Las isobaras son superficies tridimensionales que tienen en cuenta tanto la direcitividad del altavoz como las pérdidas por divergencia esférica. El cálculo de recubrimientos con isobaras en superficies complejas requiere cálculos basados en computador, a no ser para calcular niveles en puntos concretos de la audiencia..
Es la relación, expresada en dB, entre la intensidad acústica radiada por el altavoz medida en el eje, y la intensidad acústica radiada por un altavoz omnidireccional (que radia igual en todas direcciones), medido en las mismas condiciones. Un altavoz omnidireccional (concepto sólo teórico), tiene un índice de directividad de valor uno. Cuanto más directivo sea un altavoz, mayor será su ID.
Los datos sobre directividad son muy importantes, ya que en la mayoría de las aplicaciones profesionales, el oyente o los oyentes no se sitúas únicamente en el eje de los altavoces que reproducen el sonido.
En el caso de altavoces, se hace la medida para distintas potencias de trabajo del altavoz, ya que a mayor potencia, mayor distorsión.