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Sensibilidad del altavoz: ¿Qué es 1 vatio?

La sensibilidad de los hablantes puede ser uno de los malentendidos más comunes entre los diversos indicadores comunes. La respuesta de frecuencia de amplitud de un altavoz a menudo se ha reducido a un solo valor, que es la sensibilidad. Esta es la causa raíz de la incomprensión. Algunas personas piensan que este valor representa el volumen de un determinado hablante cuando reproduce una determinada señal; otros pensarán que dos altavoces con la misma sensibilidad tendrán el mismo volumen cuando reproduzcan la misma señal. Ambas vistas tienen limitaciones. De hecho, la sensibilidad del altavoz es solo para el ancho de banda específico y la señal de contenido del espectro, para reflejar el nivel de presión sonora del altavoz. Es decir, si los dos altavoces con el mismo índice de sensibilidad tienen diferentes respuestas de frecuencia, el nivel de presión de salida del sonido puede ser diferente cuando se reproduce la misma señal. Uno de los factores decisivos aquí es el ancho de banda. Echemos un vistazo al impacto del ancho de banda en esto y explique por qué la sensibilidad a veces no requiere 1 vatio como referencia. De acuerdo con IEC60268-5, la medición de sensibilidad del altavoz es una señal de ruido rosa con un ancho de banda limitado. El voltaje RMS es igual a la raíz cuadrada de la impedancia nominal del altavoz, y el nivel de presión sonora se determina por referencia a la distancia de 1 metro. El límite de ancho de banda de ruido rosa está determinado por el rango de frecuencia efectiva del altavoz que se probará. El propósito de esto es garantizar que la señal de prueba se encuentre dentro del rango de frecuencia de salida efectiva del dispositivo bajo prueba. Suponiendo que un altavoz no puede reproducir una señal por debajo de 150 Hz, es inútil darle una señal de baja frecuencia por debajo de 150 Hz, que solo hace que la bobina de voz se caliente. De la misma manera, si el hablante no puede reproducir una señal por encima de cierta frecuencia, no es necesario darle una señal de prueba de frecuencia más alta. Cuando medimos la función de transferencia del altavoz que se probará con una resolución más alta y expresamos la respuesta de frecuencia de amplitud promedio del altavoz que se probará en un sistema de coordenadas de frecuencia logarítmica, se obtiene la imagen de sensibilidad del hablante.

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Tome la Figura 1 como un ejemplo. Esta es la respuesta del eje positivo de un hablante. La línea en la figura representa la sensibilidad del hablante. La longitud de esta línea es consistente con los límites superior e inferior del ruido rosa utilizado para medir la sensibilidad. La figura 2 muestra la composición espectral de la señal de ruido. Si el nivel de banda ancha de la señal se mantiene constante, pero la composición espectral de la señal cambia, ¿se puede obtener el mismo nivel de presión acústica (es decir, sensibilidad) cuando se conduce el altavoz? Para entender la respuesta a esta pregunta, debemos conocer la composición espectral de la señal y la respuesta del hablante. (Tenga en cuenta que 20Hz-20kHz aquí, y 110Hz-8.3kHz en la Figura 1, no significa la respuesta del altavoz. Todavía necesitamos obtener la curva de respuesta real del altavoz.) Si no lo sabe, podemos Inferir el problema responder.

Figura 1 La respuesta de frecuencia de amplitud de un altavoz y el índice de sensibilidad de valor único

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Figura 2 Canal de señal para medir la sensibilidad del altavoz A en la Figura 1.

La Figura 3 muestra la composición espectral de tres señales diferentes. Uno de ellos es una señal de ruido rosa con un ancho de banda definido para medir la sensibilidad del altavoz. Las otras dos son señales lingüísticas, y la otra es una señal de ruido sintetizada en la forma de un espectro lingüístico. La razón por la cual la señal de ruido del lenguaje de imitación se usa para reemplazar la señal del lenguaje real es porque el valor del nivel RMS de la señal del lenguaje de imitación es más estable, por lo que es más fácil medir el nivel de presión sonora de salida del hablante probado Los niveles RMS de banda ancha de estas tres señales son esencialmente iguales. El nivel de la señal de voz de imitación es mayor que el ruido rosa en la banda de 200-800 Hz; en otras bandas de frecuencia, el nivel de ruido rosa es mayor que la señal de voz de imitación.

Figura 3 La curva roja es el espectro de señal utilizado para medir la sensibilidad del altavoz A en la Figura 1. El gris es el espectro de la señal de voz. El azul es el espectro de la señal simulada de ruido de voz similar al espectro de la señal de voz real. Esta figura se compara con la respuesta de altavoz de la Figura 1. De lo que podemos ver es que la salida del altavoz por debajo de 150Hz es muy limitada. La salida más alta de la respuesta del altavoz se encuentra en la sección 300-3kHz. Si usa esta señal de lenguaje de imitación para manejar los parlantes, entonces es razonable decir que el nivel de presión de sonido es más alto que el del parlante con el mismo nivel de ruido rosa. Este es el caso. La sensibilidad de este altavoz es 97.1dB. Sin embargo, cuando se conduce con una señal de voz de imitación, el nivel de presión acústica es de 98,1 dB, que es 1,0 dB superior. Esto se debe a que la banda de frecuencia con un nivel más alto de la señal del lenguaje de imitación también es la banda de frecuencia con un nivel de presión sonora más alto de la salida del parlante. Por el contrario, si utiliza el ruido de baja frecuencia de la Figura 4 para controlar los altavoces, puede imaginarse que el nivel de presión acústica resultante será más bajo que el ruido rosa ordinario.

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Debido a que la energía principal del ruido en la Figura 4 se concentra en el rango de frecuencia más bajo de la salida del parlante. Los resultados medidos muestran que el nivel de presión acústica del ruido de baja frecuencia es 94.9dB, que es 2.2dB más bajo.

Figura 4 La curva roja es la señal utilizada para medir la sensibilidad del altavoz A en la Figura 1. La curva verde es el ruido rosa que limita el ancho de banda a bajas frecuencias.

Luego, comparemos dos altavoces diferentes. La Figura 5 es una comparación de los altavoces A y B. La sensibilidad de estos dos parlantes es la misma, ambas 97.1dB. Sin embargo, la baja frecuencia y la alta frecuencia de extensión del parlante B son mejores que las del parlante A. Por lo tanto, el ruido rosa usado para determinar la sensibilidad del altavoz B tiene un ancho de banda mayor que el del altavoz A (Figura 6). Por lo tanto, el nivel de la frecuencia intermedia del ruido del parlante B será ligeramente más pequeño que el del parlante A. Esta observación es un poco difícil, pero una mirada más cercana revela que la curva negra es aproximadamente 0.5 dB más baja que la curva roja en la porción de 100-10 kHz. Esto se debe a que el ancho de banda de señal utilizado por el parlante B (curva negra) es mayor. Tenga en cuenta que los niveles de banda ancha de estas dos señales son los mismos. Entonces, ¿qué pasa si usa la señal de ruido rosa de banda ancha (20Hz-20kHz) en la Figura 6 para manejar ambos parlantes al mismo tiempo? Dado que los dos altavoces de ejemplo aquí no son muy receptivos en la sección FI, puede haber algunas diferencias en los niveles de presión sonora. Sin embargo, los lectores no tienen que preocuparse por estos problemas por el momento. En otros casos, el nivel de presión acústica del altavoz con un rango de frecuencia efectivo más grande (extensión de frecuencia alta y baja) debería ser mayor. Cuando se usa una unidad de ruido rosa de banda ancha, el nivel de presión de salida del altavoz B debe ser ligeramente mayor. De hecho, los altavoces B medidos son 0.8dB más grandes que los altavoces A, uno de los cuales es 97.0dB y el otro es 96.2dB. Como se puede ver a partir de estos ejemplos, la magnitud del nivel de presión acústica producida por el altavoz depende de la función de transferencia del altavoz y del espectro de la señal de reproducción. Algún software de simulación de campo de sonido interior incorporará lo anterior en el rango de simulación cuando se calcula el nivel de presión acústica de un público determinado. Permiten a los usuarios elegir ruido rosa, un espectro de idioma o un espectro definido por el usuario. Esto ayuda al diseñador del sistema de sonido a predecir mejor el rendimiento del nivel de presión de sonido del sistema de sonido durante la reproducción de un material de programa particular durante la fase de diseño inicial.

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Figura 5 Respuesta de amplitud y sensibilidad de valor único de un altavoz A (rojo) y un altavoz B (negro)

Figura 6 Espectro de señales de sensibilidad para medir un parlante (rojo) y un parlante B (negro) y espectro de ruido de polvo de banda ancha (verde)

Otro punto es que al comienzo de este artículo, mencioné que no es necesario usar 1 vatio como el valor de referencia del parlante que se probará. La razón por la que siento que el sistema de audio actual no debería usar este método es el siguiente. En primer lugar, cuánto voltaje se necesita para que un determinado altavoz se pruebe para que la potencia de conducción sea exactamente de 1 vatio, lo que es más difícil de juzgar. Podemos medir este valor utilizando un sistema de medición FFT de dos canales, así como un dispositivo o sonda de monitoreo de corriente. La pregunta es: ¿cuánta información útil puede proporcionar esto para diseñar, calibrar un parlante o un sistema de sonido? Podemos simplificar esta medida y ya no se enreda con la potencia real de 1 vatio consumida por el altavoz bajo prueba. Por ejemplo, podemos usar la resistencia pura igual a la impedancia nominal del dispositivo bajo prueba para generar el voltaje requerido para 1 vatio de consumo de energía como estándar de medición. Por supuesto, esto es mucho más simple, pero piénselo, ¿cuánta información práctica puede proporcionar para diseñar, calibrar un parlante o un sistema de sonido? Tal vez también puede proporcionar algunos. Sin embargo, creo que, independientemente de la impedancia de los altavoces, deben probarse con voltajes iguales para proporcionar la información más útil. La mayoría de los amplificadores de potencia utilizados en los sistemas de audio contemporáneos tienen un voltaje de salida constante. Es decir, su voltaje de salida es fijo y no cambia con el tamaño de la carga. Por supuesto, esta premisa fija es que la impedancia de carga debe estar dentro de los límites definidos por el amplificador. Obviamente, en las mismas condiciones, el nivel de presión acústica de un altavoz de baja resistencia impulsado por la misma tensión es definitivamente mayor que el de un altavoz de alta impedancia. ¿No debería reflejarse esto directamente en el índice de sensibilidad del hablante? ¿Por qué tenemos que usar una señal de 2Vrms para conducir un parlante de 4 ohmios y una señal de 2.83Vrms para manejar un parlante de 8 ohmios para medir sus respectivas sensibilidades? Imaginemos: Supongamos que conectamos dos altavoces con los mismos parámetros al interruptor A / B del mismo amplificador. La única diferencia entre los dos altavoces es que una de las impedancias (4 ohmios) es la mitad de la otra (8 ohmios). Cuando alternamos entre los dos parlantes, la tensión de salida del amplificador no cambia, pero la corriente de salida del amplificador cambia. Esto permite que los parlantes de baja impedancia emitan niveles de presión sonora más altos. Utilice la misma tensión para medir y calibrar la sensibilidad del altavoz, independientemente de la impedancia real del altavoz que se va a probar, a fin de reflejar realmente la diferencia en el nivel de presión acústica real.

Espero que este ensayo sobre la sensibilidad pueda aclarar algunos aspectos de este indicador y ayudar al lector a comprender las características reales del hablante. A través del ejemplo dado, se espera que el nivel de presión sonora del altavoz esté determinado no solo por la sensibilidad, sino también por la respuesta de frecuencia del altavoz y la señal de entrada. Para comprender las características de respuesta de los altavoces, solo un valor de sensibilidad único no es lo suficientemente amplio, es mejor combinar la observación de imágenes. Un único valor de sensibilidad se puede resumir a partir de la curva de la imagen.


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