LOS AURICULARES DEL PC: IMPEDANCIA, RESPUESTA EN FRECUENCIA Y POTENCIA
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Los auriculares de un ordenador son un periférico capaz de convertir señales eléctricas provenientes del PC en señales acústicas que llegan hasta nuestros oídos.
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Unos auriculares de buena calidad son indispensables para escuchar música, ver películas o jugar a un shooter, en los que es básico saber la dirección por la que vienen los enemigos.
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A continuación encontrarás todo lo que debes saber para comprar los mejores auriculares:
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1. Sensibilidad
2. Impedancia
3. El damping factor o DF
4. Respuesta en frecuencia
5. El transductor electroacústico o driver
6. La distorsión armónica o THD
7. Tipos de auriculares
8. Auriculares inalámbricos o con cable
9. El micrófono
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1. SENSIBILIDAD DE LOS AURICULARES
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La sensibilidad, eficiencia o rendimiento de unos auriculares es el nivel de presión sonora que genera el diafragma móvil a 1 cm de distancia cuando es excitado por una señal de 1 mW de potencia y una frecuencia de 1 kHz.
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El nivel de presión sonora (SPL, Sound Pressure Level) se mide en dB y los fabricantes dan el valor para la frecuencia = 1 kHz. Esto es así porque el SPL varía con la frecuencia, según podemos ver en el ejemplo de la gráfica siguiente.
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Podemos considerar como sensibilidad alta un SPL por encima de 105 dB y una sensibilidad baja por debajo de 95 dB. Unos auriculares con una sensibilidad alta necesitarán menos potencia de entrada para reproducir el mismo volumen de sonido que otros con una sensibilidad más baja.
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La sensibilidad no es el parámetro más importante en unos auriculares de PC.
Al tener el driver tan cerca de nuestros oídos es difícil que nos falte potencia de sonido. Por otro lado, una sensibilidad más alta no nos garantiza una mejor calidad de sonido. Yo me decantaría por una sensibilidad intermedia, entre 95 y 105 dB.
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2. IMPEDANCIA DE LOS AURICULARES
​La impedancia mide la oposición que presentan los auriculares al paso de corriente alterna a través de sus componentes eléctricos y se mide en ohmios (Ω). Cuanto más alta sea, más potencia necesitarán los auriculares para funcionar correctamente.
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Smartphones, tablets y ordenadores portátiles requieren auriculares de baja impedancia, ya que sus potencias de salida son bajas. Unos auriculares de alta impedancia requerirán de un amplificador intermedio que incremente la potencia. Si quieres una explicación más científica, consulta la ley de Ohm y la relación entre la potencia y la intensidad.
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Supongamos que aplicamos exactamente la misma señal de entrada a dos auriculares con impedancias distintas. El primer auricular tiene 16 Ω y el segundo 32 Ω. Podemos asegurar que la corriente que circulará a través del primero es mayor que la que circulará a través del segundo. Esto es así porque menor impedancia implica menor oposición al paso de corriente.
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La consecuencia directa de este hecho es que cuanto menor sea la impedancia del auricular menos consumirá. Otra consecuencia más importante es que para la misma potencia de entrada, el auricular con menos impedancia generará más potencia sonora.
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Veamos cuáles son los dos casos en los que tendremos problemas debido a un desajuste entre la impedancia de los auriculares y la potencia del reproductor.
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2.1 REPRODUCTOR DE POCA POTENCIA (SMARTPHONE) Y AURICULARES CON ALTA IMPEDANCIA
Si conectamos un smartphone a un auricular con alta impedancia, no funcionará bien. La corriente máxima que el móvil puede hacer pasar por los auriculares no es suficiente para mover sus drivers, por lo que el sonido será débil y de poca calidad.
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2.2 REPRODUCTOR DE MUCHA POTENCIA (CADENA HIFI) Y AURICULARES DE BAJA IMPEDANCIA
Conectar un reproductor potente a unos auriculares de baja impedancia no es recomendable. La corriente de salida del amplificador será excesiva para los auriculares, pudiendo llegar a quemarse y quedar inservibles. Para evitar esto, los amplificadores disponen de varias entradas para auriculares con distintas impedancias.
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3. DAMPING FACTOR O DF
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Hasta ahora hemos visto que la impedancia de los auriculares tiene que estar adaptada a la potencia de salida del reproductor. Ahora veremos que también hay que adaptarla a la impedancia interna del reproductor.
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La relación entre la impedancia de los auriculares y la impedancia del reproductor se conoce como factor de amortiguamiento o Damping Factor (DF).
Es decir, si la impedancia del auricular es Za=32 Ω y la impedancia del reproductor es Zr=8 Ω, tenemos un DF = Za/Zr=32/8 = 4. Cuanto mayor es el DF menos vibraciones residuales generarán los altavoces, por eso este parámetro es crítico para los altavoces de graves por el elevado tamaño de sus membranas.
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Es recomendable que el DF de los auriculares y del reproductor (tarjeta de sonido o placa base) esté entre 2,5 y 8, siendo ideal un DF=8 (auriculares con una Za=32 Ω y reproductor con una Zr=4 Ω).
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No es aconsejable conectar unos auriculares con Za < Zr, ya que la distorsión sería muy notable, aparte de que podríamos dañar el reproductor.
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4. RESPUESTA EN FRECUENCIA
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, medida de caudales, distancias, etc. El margen de frecuencias audibles se divide en tres zonas o bandas de forma aproximada:
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Graves: de 20 a 400 Hz (bajo y trombón)
Medios: de 400 a 1600 Hz (voces)
Agudos: de 1600 a 20000 Hz (flauta y violín)
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Cualquier pieza musical contiene frecuencias en casi toda la banda, aunque dependiendo del estilo la distribución variará.
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Un equipo de reproducción de audio ideal y perfecto nos permitiría escuchar cualquier pieza musical exactamente como está grabada, sin alterar su contenido frecuencial. Este comportamiento ideal se conoce como respuesta plana en frecuencia.
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Como era de esperar, la respuesta en frecuencia de los auriculares no es plana. Dicho de otra forma, los auriculares tratan de forma diferente unas frecuencias y otras. Este es el motivo principal por el que una misma canción se escucha tan diferente en auriculares de fabricantes distintos.
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Unos auriculares con una respuesta en frecuencia poco plana pueden enfatizar o atenuar los agudos, medios y/o graves, dando como resultado un sonido distorsionado. Los fabricantes suelen indican en sus especificaciones la máxima variación entre frecuencias de salida, es decir, la diferencia entre la más enfatizada y la más atenuada.
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Es habitual elegir como nivel de referencia 1 kHz, para la que se asigna un valor de salida de 0 dB. Para el resto de frecuencias se expresan sus variaciones respecto a 1 kHz. Veamos la respuesta en frecuencia siguiente.
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Vemos que para la frecuencia de 1 kHz (1000 Hz) el valor de salida es de 0 dB. El resto de valores son variaciones respecto a esta frecuencia. Podemos decir de estos auriculares que su comportamiento es bueno ya que las variaciones de salida para las distintas frecuencias están entre ±6 dB. Estos auriculares tienen una respuesta bastante plana en frecuencia, por lo que el sonido será de buena calidad.
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5. EL TRANSDUCTOR ELECTROACÚSTICO O DRIVER
El transductor electroacústico o driver es el elemento que traduce los impulsos eléctricos de la señal de audio en ondas sonoras.
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Habitualmente los fabricantes hacen referencia sólo al tamaño del diafragma que vibra y al tipo de imán utilizado, sin comentar nada respecto al resto del driver. Además, se refieren al diafragma como "disco", "unidad de disco", "driver", "controlador" o "membrana", lo que induce a confusión. Por otro lodo, sólo informan de su diámetro y del material del imán (neodimio) lo que no nos dice gran cosa respecto a la calidad del sonido de los auriculares.
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En la imagen podemos ver el despiece de un auricular que dispone de dos drivers: uno para las frecuencias altas y otro para las medias y bajas.
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Más importante que el tamaño de la membrana o mal llamado "disco" es la tecnología utilizada para hacer vibrar dicha membrana. A continuación, veremos los tipos de drivers más utilizados y la tecnología que emplean para generar las ondas sonoras.
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5.1 DRIVERS DINÁMICOS
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 que mueven la bobina. Al moverse la bobina también lo hace la membrana a la que está unida, generando las vibraciones (ondas sonoras) que llegan a nuestros oídos.
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Son los más comunes y los podemos encontrar en la mayoría de auriculares on-ear y over-ear, que más adelante trataremos. Reproducen muy bien los graves a volúmenes intermedios. Debido a las limitaciones en el desplazamiento de la bobina, se pueden producir sonidos imprecisos para volúmenes altos. Para evitar esta limitación hay que recurrir a la gama más alta, a precios muy elevados.
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5.2 DRIVERS ELECTROSTÁTICOS
Estos drivers 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 diafragma 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 hace vibrar la membrana móvil que está entre ambas placas, generando ondas sonoras. Su coste es muy superior al de los altavoces dinámicos.
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5.3 DRIVERS CON ARMADURA BALANCEADA
La señal eléctrica de audio se hace pasar a través de una bobina que tiene en su interior un imán que genera campos magnéticos permanentes. Los campos magnéticos variables de la bobina y los permanentes del imán generan fuerzas de atracción y repulsión que moverán el imán. Al moverse el imán también se moverá el diafragma al que está unido, generando las vibraciones que llegan a nuestros oídos en forma de ondas sonoras.
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Son más pequeños que los drivers dinámicos y se encuentran en auriculares del tipo in-ear, pudiendo acoger hasta 4 drivers en un solo auricular. Esto permite diseñar cada driver para un rango de frecuencias distinto y optimizar así el sonido resultante.
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5.4 DRIVERS MAGNETOPLANARES
Esta tecnología es también conocida por su término en inglés orthodynamic y traducida como "ortodinámico".
El diafragma es una lámina extraordinariamente fina de un material flexible sobre el que se instalan diversos circuitos impresos por los que circula la señal de audio. Esta lámina se inserta entre dos capas de imanes colocados de forma muy precisa. Estos imanes generan unos campos magnéticos alrededor del diafragma perfectamente controlados.
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Diafragma que vibra al circular por él la señal de audio
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Una de las ventajas de este tipo de drivers es que al ser la lámina tan delgada tiene muy poca inercia, por lo que se reducen mucho las vibraciones residuales que quedan después de que la lámina ha sido excitada. Este les permite generar un sonido sin apenas distorsión, aunque al no mover tanto aire sus graves no son tan intensos como en los drivers dinámicos.
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Debido al gran número de imanes, suelen ser bastante pesados. Por ello, la mayoría de estos drivers se encuentran en auriculares over-ear.
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6. LA DISTORSIÓN ARMÓNICA O THD
La distorsión armónica o THD (Total Harmonic Distortion) es una medida de la potencia de los armónicos generados por el auricular en el sonido final.
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Antes de entrar en detalle, es conveniente recordar que un armónico es una frecuencia múltiplo de una frecuencia que se encuentra en el sonido de entrada. Es decir, los armónicos de la frecuencia de entrada f0 tendrán una frecuencia igual a 2·f0, 3·f0, 4·f0, etc. La frecuencia 2·f0 es un armónico de segundo orden, la frecuencia 3·f0 es un armónico de tercer orden y así sucesivamente. Según aumenta el orden del armónico su amplitud va disminuyendo.
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El problema de estas frecuencias llamadas armónicos es que no están presentes en el sonido original que entra en el driver, sino que se generan debido a su comportamiento no lineal. Lógicamente se trata de un efecto no deseado.
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Veamos con un gráfico cuales serían los armónicos de dos frecuencias de entrada “a” y “b”:
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En el audio de entrada tenemos únicamente dos frecuencias de 300 y 500 Hz (las rayas azules "a" y "b"). Al pasar por el driver y reproducirlas aparecen añadidos los armónicos de ambas y las combinaciones posibles. En morado se ven los armónicos de segundo orden y en rojo los de tercer orden.
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Los fabricantes suelen medir la THD de sus drivers introduciendo en el equipo un tono de 1 kHz con una potencia conocida y midiendo la potencia de los armónicos generados en la salida.
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La THD es el resultado de dividir la suma de la potencia de todos los armónicos entre la potencia de la señal de entrada:
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THD = ( P2kHz + P3kHz +,…, + PnkHz) / P1kHz )
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Los fabricantes que dan el dato de la THD (son más bien minoría) lo hacen en tanto por ciento. Por ejemplo, los auriculares HyperX Cloud Alpha S tienen una THD = 1%.
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Si estás buscando auriculares nuevos, es recomendable que su THD < 1%.
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7. TIPOS DE AURICULARES
Los auriculares se clasifican en 3 tipos en función de su adaptación a nuestros oídos y pabellones auditivos, tal y como se ve en la siguiente figura:
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7.1 IN-EAR O INTRAURALES
Como su nombre indica, son los que se introducen en el oído. Existen tres tipos:
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7.1.1 DE BOTÓN
Se colocan en el exterior del oído, por lo que no realizan ningún tipo de aislamiento, proporcionando una acústica abierta. Son los más económicos.
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Auriculares de tipo botón
7.1.2 CABLE DOWN
Estos auriculares penetran en el canal auditivo aislándolo del exterior y proporcionando una acústica más cerrada que los de botón. El inconveniente es que el conjunto de elementos que forman el driver debe ser ligero o en caso contrario se desencaja del oído y se cae, arrastrado por el cable.
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Auriculares in-ear, cable down
7.1.3 CABLE OVER THE EAR
Son iguales que los anteriores, pero no se desencajan fácilmente ya que el cable pasa por encima de la oreja, donde se soporta. Pueden parecer incómodos, pero los usuarios que los llevan afirman que te
acostumbras rápidamente.
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Auricular in-ear, cable over the ear
7.2 ON-EAR O SUPRAAURALES
Estos auriculares disponen de una diadema ajustable para adaptarse a nuestra cabeza, apoyándose mediante unas almohadillas directamente sobre las orejas. Gracias a este apoyo el sonido no queda aislado del exterior, proporcionando una acústica abierta. Su menor tamaño hace que sus graves sean menos profundos que los del tipo siguiente, los over-ear.
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Auriculares on-ear
7.3 OVER-THE-EAR O CIRCUMAURALES
También disponen de diadema ajustable como los on-ear, pero estos rodean completamente la oreja y se apoyan directamente sobre la cabeza. Existen dos tipos:
Acústica cerrada: totalmente aislados del exterior, realzan los graves
Acústica abierta: no aíslan completamente, proporcionando un sonido más natural y una mayor comodidad al reducir la presión sobre el oído.
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Auricular over-the ear cerrado
Auricular over-the ear abierto
8. AURICULARES INALÁMBRICOS O CON CABLE
La diferencia principal entre los auriculares inalámbricos y los que disponen de cable es que estos últimos evitan que se cuelen interferencias en la transmisión del sonido. Además, en los inalámbricos de gamas baja y media se escucha un ruido de fondo continuo, más o menos perceptible, llamado “ruido rosa”.
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Podemos afirmar que la calidad de sonido de los auriculares con cable es superior a la de los inalámbricos, más aún si el cable y el conector Jack están fabricados con materiales con excelentes propiedades conductivas.
La ventaja de los auriculares inalámbricos es la libertad de movimiento que ofrecen, motivo que los ha hecho tan populares entre los deportistas. Para el PC podemos elegir entre 2 tipos de conectividad inalámbrica: bluetooth y radiofrecuencia. La principal diferencia está en la mayor limitación de distancia del bluetooth (radio máximo 10 metros) respecto a los que utilizan la radiofrecuencia (radio de entre 20 y 60 metros, pudiendo atravesar paredes).
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9. EL MICRÓFONO
Para analizar las características fundamentales de un micrófono, ya sea integrado en los auriculares o independiente, dirígete a la página referente al micrófono, en esta misma web.
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