LOS ALTAVOCES DEL PC: IMPEDANCIA, POTENCIA Y RESPUESTA EN FRECUENCIA
El altavoz de un ordenador convierte las señales eléctricas provenientes del PC (de la placa base o de la tarjeta de sonido) en señales acústicas que nuestro oído es capaz de captar.
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Es conveniente disponer de unos buenos altavoces si utilizamos el PC para escuchar música o ver películas y también en caso de que nos guste jugar a algún shooter. Una buena tarjeta de sonido y unos buenos altavoces nos dan ventajas como saber por dónde viene el enemigo.
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A continuación encontrarás todo lo que conviene saber si quieres comprar los mejores altavoces para PC:
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1. Sensibilidad de los altavoces
2. Impedancia de los altavoces
3. El damping factor o factor de amortiguamiento
4. Potencia de los altavoces
5. Respuesta en frecuencia de los altavoces
6. Tipos de altavoces
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1. SENSIBILIDAD DE LOS ALTAVOCES
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La sensibilidad, eficiencia o rendimiento de un altavoz es el nivel de presión sonora (SPL, Sound Pressure Level), medido en dB, que éste genera a 1 metro de distancia cuando se le aplica una señal de 2,83 V de amplitud y una frecuencia de 1 kHz. En ocasiones se define como “1 vatio a 1 metro”, pero esto sólo funciona cuando la impedancia del altavoz es de 8 Ω, según la fórmula que relaciona la potencia y la tensión:
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P = V² / R = 2,83² / 8 = 1 W
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Si la impedancia del altavoz fuera por ejemplo de 4 Ω habría que variar la tensión de entrada para lograr "1 vatio a un metro", por lo que las sensibilidades resultantes no serían comparables. Por otro lado, la definición “1 vatio a 1 metro” no deja claro que la frecuencia de entrada al altavoz tiene que ser fija e igual a 1 kHz. Esto es importante ya que el nivel de presión sonora generado por un altavoz varía con la frecuencia de la señal de entrada, según se ve en la siguiente gráfica de ejemplo:
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Como ya se dijo anteriormente, la unidad de medida de esta presión sonora son los decibelios (dB). Es importante tener en cuenta que la relación entre los decibelios obtenidos y los vatios aplicados no es lineal, sino logarítmica. Al duplicar la potencia eléctrica aplicada al altavoz, la potencia sonora aumenta tan sólo 3 dB. Por ejemplo, si aplicando 50 vatios obtenemos 100 dB de salida, aplicando 100 vatios obtendríamos 103 dB. Si aplicásemos 200 vatios, obtendríamos 106 dB
Desde otro punto de vista, la sensibilidad es una medida del rendimiento de la transducción electroacústica que se produce en el interior del altavoz. Este rendimiento acostumbra a ser muy pobre, inferior al 10% en la mayoría de casos. Esto es debido a que la mayor parte de la potencia eléctrica aplicada al altavoz se disipa en forma de calor. Por otra parte, no debemos perder de vista que la sensibilidad que nos da el fabricante es para 1 kHz, sin decirnos nada de lo que pasa en el resto de frecuencias.
La sensibilidad no es el parámetro más importante del altavoz y en ningún caso nos da una idea de la calidad de su sonido. Si comparamos altavoces de una gama similar, probablemente el que tenga una sensibilidad más alta sea el que tenga una respuesta en frecuencia más irregular (más adelante veremos este concepto). Eso sí, para una misma señal de entrada será el que ofrezca una potencia sonora mayor, al menos en el entorno de 1 kHz.
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2. IMPEDANCIA DE LOS ALTAVOCES
La impedancia mide la oposición que presenta el altavoz al paso de corriente alterna a través de sus componentes eléctricos y se mide en ohmios (Ω). Cuanto más alta sea la impedancia más potencia necesitarán los altavoces para funcionar correctamente.
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Smartphones, tablets y ordenadores portátiles funcionarán bien con altavoces de baja impedancia, ya que no están diseñados para proporcionar potencias de salida demasiado altas. Si quieres una explicación más científica, consulta la ley de Ohm (voltaje = intensidad x resistencia) y la relación entre la potencia y la intensidad (potencia = voltaje x intensidad).
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Visto de otra forma: supongamos que aplicamos la misma señal de entrada a dos altavoces con impedancias distintas: el primero de 4 Ω y el segundo con 8 Ω. Podemos asegurar que la corriente que circulará a través del primer altavoz es mayor que la que circulará a través del segundo.
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La consecuencia directa de este hecho es que cuanto menor sea la impedancia del altavoz menos consumirá. También se puede afirmar que para la misma potencia de entrada, el altavoz con menos impedancia generará más potencia sonora.
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Pero esto no es tan sencillo: la impedancia depende de la frecuencia, por lo que no será un valor constante ya que la señal eléctrica llega al altavoz es una mezcla de muchas frecuencias. Debido a esto, en las especificaciones de los altavoces encontraremos una curva que relaciona la impedancia para cada frecuencia.
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Los fabricantes dan como impedancia nominal el valor más próximo al mínimo de la curva de impedancia.Por ejemplo, en la gráfica que se ve a continuación el fabricante da como impedancia nominal 8 Ω, ya que los valores se mantienen por encima de este valor en prácticamente todo el margen frecuencial.
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3. EL DAMPING FACTOR O FACTOR DE AMORTIGUAMIENTO
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Hasta ahora sólo hemos hablado de la impedancia de los altavoces y ya sabemos que el valor óptimo depende de la potencia del reproductor. Pues bien, el valor óptimo de la impedancia también depende de la impedancia interna del reproductor.
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La relación entre la impedancia del altavoz y la impedancia del reproductor se conoce como Damping Factor (DF) o factor de amortiguamiento. Es decir, si la impedancia del altavoz son 32 Ω y la impedancia del reproductor son 8 Ω, tenemos un DF = 32/8 = 4.
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Cuanto mayor es el DF menos vibraciones residuales generarán los altavoces y más limpio será el sonido. Este parámetro es más crítico para los altavoces de graves por las vibraciones tan intensas que producen. Estos mismos conceptos se pueden aplicar cuando se trata de unos auriculares.
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Se recomienda que el conjunto altavoz / reproductor tenga un DF entre 2,5 y 8 (ideal 8) y en ningún caso inferior a 1, ya que se generaría una distorsión notable y se podría dañar el reproductor, en nuestro caso la tarjeta de sonido.
Es por este motivo que la impedancia nominal que ofrece el fabricante para sus altavoces siempre es la mínima de toda la banda o un valor típico muy próximo a este mínimo.
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4. POTENCIA DE LOS ALTAVOCES
La potencia se mide en vatios (W) y nos da una idea de la máxima energía eléctrica que podemos inyectar al altavoz sin que éste se deteriore.
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Existen muchas potencias diferentes (potencia musical, potencia de pico, etc.) pero sólo tendremos en cuenta una: la RMS.
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4.1 POTENCIA RMS (ROOT MEAN SQUARE)
Es la potencia media de entrada que un altavoz puede soportar de forma prolongada en el tiempo antes de que empiece a deteriorarse y a distorsionar de forma clara.
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Si aplicamos al altavoz una potencia de entrada superior al valor RMS durante el tiempo suficiente, podemos dañarlo y dejarlo inservible.
Cuando estés comparando la potencia de varios altavoces, busca siempre el valor RMS entre las especificaciones. El resto de potencias pueden confundirnos y llevarnos a elegir el altavoz equivocado.
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5. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LOS ALTAVOCES
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El oído humano es capaz de percibir sonidos cuya frecuencia se encuentre entre 20 y 20000 Hz.
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Por debajo de 20 Hz están los infrasonidos y por encima de 20000 Hz se encuentran los ultrasonidos, utilizados en medicina para fisioterapia, detección de objetos, etc. El margen de frecuencias audibles se divide de forma aproximada en tres bandas:
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Graves: de 20 a 400 Hz
Medios: de 400 a 1600 Hz
Agudos: de 1600 a 20000 Hz
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En la zona de graves podemos encontrar instrumentos como el bajo y el trombón, en la zona de medios la mayoría de voces y en la zona de agudos la flauta y el violín. Cualquier pieza musical contiene frecuencias en casi toda la banda, aunque dependiendo del estilo musical la distribución variará.
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Un equipo de reproducción de audio ideal nos permitiría escuchar cualquier pieza musical exactamente como está grabada, sin alterar su contenido frecuencial. Este comportamiento perfecto se conoce como “respuesta plana en frecuencia”.
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Los altavoces son el elemento del equipo de reproducción de audio que tiene una respuesta en frecuencia menos plana. Dicho de otra forma, procesa de forma muy diferente unas frecuencias y otras. Este es el motivo principal por el que una misma canción suena diferente en dos altavoces de distinto fabricante. Un altavoz con una respuesta en frecuencia poco plana puede enfatizar o atenuar los agudos, medios y/o graves, ofreciendo un sonido distorsionado y poco agradable.
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Los fabricantes suelen indicar en sus especificaciones la máxima variación entre frecuencias de salida, es decir, la diferencia entre la más enfatizada y la más atenuada, eligiendo como referencia 1 kHz. A la frecuencia de 1 kHz se le asigna un valor de salida de 0 dB.
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Veamos el siguiente ejemplo:
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En la gráfica anterior se encuentra la respuesta en frecuencia de un altavoz. Se ve que para la frecuencia de 1 kHz el valor es de 0 dB, como ya comentábamos. El resto de valores son variaciones respecto a esta frecuencia.
Podemos decir de este altavoz que su comportamiento es aceptable entre 150 Hz y 16 kHz, ya que las variaciones entre las frecuencias más enfatizadas y más atenuadas están entre ±6 dB. Estos valores garantizan que el sonido tendrá buena calidad. Por debajo de 60 Hz el rendimiento cae en picado, lo cual es normal ya que las frecuencias bajas son las más difíciles de reproducir para un altavoz único.
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Para aplanar la respuesta en frecuencia y lograr un sonido más fiel se aumenta el número de altavoces, encargándose cada uno de una banda frecuencial.
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Estos altavoces, optimizados para reproducir cada banda, son diferentes entre ellos y se instalan juntos en una misma caja. Una caja estándar contiene los tres altavoces siguientes:
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5.1 ALTAVOZ DE GRAVES (WOOFER)
Es el altavoz diseñado para reproducir las frecuencias más bajas, aproximadamente por debajo de 500 Hz. Es el más grande, superando las 6” de diámetro, necesarios para reproducir los sonidos graves, ya que se requiere mover mucho aire para generar las frecuencias más bajas. Son altavoces de tipo dinámico (en el apartado 6 se explican los tipos de altavoces que hay). Este altavoz puede estar apoyado por otro que cubre específicamente el rango más bajo de frecuencias, entre 20 y 80 Hz, el cual se conoce como subwoofer.
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5.2 ALTAVOZ DE MEDIOS (MIDRANGE)
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Es el altavoz diseñado para reproducir las frecuencias intermedias, aproximadamente de los 500 Hz a los 2000 Hz. Es de inferior tamaño al de graves y también suele ser de tipo dinámico, aunque pueden encontrarse también del tipo electrostático.
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5.3 ALTAVOZ DE AGUDOS (TWEETER)
Es el altavoz diseñado para reproducir frecuencias por encima de 2000 Hz. Son los más pequeños ya que se requiere que puedan moverse muy rápido para reproducir las frecuencias más altas. Suelen ser del tipo dinámico con membrana de cúpula.
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Entre la señal de audio y los altavoces se intercala un filtro que separa las frecuencias y las envía al altavoz correspondiente. La calidad de este filtrado es importante para lograr un buen sonido y se suele incluir en la propia caja que contiene los tres altavoces. Este filtro se conoce como "filtro HIFI".
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Si tienes pensado gastar lo mínimo en tus nuevos altavoces, la respuesta en frecuencia del altavoz será poco plana o desconocida. Si en cambio tienes pensado hacer una inversión importante, busca unos cuya respuesta en frecuencia oscile como máximo ±6 dB. De esta forma tendrás una buena calidad de sonido.
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6. TIPOS DE ALTAVOCES MÁS COMUNES
6.1 ALTAVOZ DINÁMICO
La señal eléctrica de audio se inyecta a una bobina móvil, la cual genera un campo magnético que cambia de sentido en función de dicha señal. Muy cerca de esta bobina se encuentra un imán, el cual genera campos magnéticos permanentes. Los campos magnéticos variables de la bobina y los permanentes del imán generan fuerzas de atracción y repulsión. Estas fuerzas mueven la bobina y en consecuencia la membrana a la que está unida. El movimiento de la membrana genera las vibraciones (ondas sonoras) que llegan a nuestros oídos.
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Altavoz dinámico
6.2 ALTAVOZ ELECTROSTÁTICO
Estos altavoces se asemejan a un gran condensador. Disponen de dos grandes placas fijas a las que se aplica la entrada de audio, previo paso por un transformador. Entre las dos placas existe una fina lámina de polyester impregnada de material conductivo, la cual actúa como membrana móvil. La variación de la señal de audio origina campos eléctricos variables que van de una placa fija a la otra. Estos campos eléctricos hacen vibrar la membrana móvil que hay entre las dos placas, generando ondas sonoras. Su coste es muy superior al de los altavoces dinámicos.
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Altavoz electrostático
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6.3 ALTAVOZ PIEZOELÉCTRICO
El elemento móvil que provoca el sonido en estos altavoces es un cristal piezoeléctrico, como por ejemplo la cerámica. Este material tiene la propiedad de deformarse mínimamente cuando se aplica una tensión eléctrica entre sus caras. Esta deformación les permite vibrar al variar la tensión aplicada, lo que les permite generar ondas sonoras. El rendimiento es muy bajo debido a que las deformaciones son microscópicas y sólo sirven para generar frecuencias altas.
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6.4 ALTAVOCES ACTIVOS Y PASIVOS
Un altavoz activo es aquel que utiliza un filtro alimentado por la corriente eléctrica para dividir la señal de audio entrante y hacerla llegar hasta el altavoz adecuado para su reproducción según el margen frecuencial.
Un altavoz pasivo también utiliza un filtro, pero no está alimentado por la corriente eléctrica, por lo que la señal a su salida pierde amplitud.
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