La medición de altavoces es la práctica de determinar el comportamiento de los altavoces midiendo varios aspectos de su rendimiento. Esta medición es especialmente importante porque los altavoces, al ser transductores , tienen un nivel de distorsión más alto que otros componentes del sistema de audio utilizados en la reproducción o el refuerzo de sonido.
Una forma de probar un altavoz requiere una cámara anecoica , con una rejilla de suelo acústicamente transparente. El micrófono de medición normalmente se monta en un brazo discreto (para evitar reflejos) y se coloca a 1 metro delante de las unidades de accionamiento en el eje con el controlador de alta frecuencia. Si bien esto puede producir resultados repetibles, una medición de "espacio libre" de este tipo no es representativa del rendimiento en una sala, especialmente en una sala pequeña. Para obtener resultados válidos a bajas frecuencias, se necesita una cámara anecoica muy grande, con cuñas absorbentes grandes en todos los lados. La mayoría de las cámaras anecoicas no están diseñadas para realizar mediciones precisas hasta 20 Hz y la mayoría no son capaces de medir por debajo de 80 Hz.
Una cámara tetraédrica es capaz de medir el límite de baja frecuencia del controlador sin el gran espacio que requiere una cámara anecoica. Este sistema de medición compacto para controladores de altavoces se define en IEC 60268-21:2018, [1] IEC 60268-22:2020 [2] y AES73id-2019. [3]
Una alternativa es simplemente poner el altavoz boca arriba apuntando al cielo sobre el césped abierto. La reflexión del suelo seguirá interfiriendo, pero se reducirá en gran medida en el rango medio porque la mayoría de los altavoces son direccionales y solo irradian frecuencias muy bajas hacia atrás. Poner material absorbente alrededor del altavoz reducirá la ondulación del rango medio al absorber la radiación trasera. En las frecuencias bajas, la reflexión del suelo siempre está en fase, de modo que la respuesta medida tendrá graves aumentados, pero esto es lo que suele ocurrir en una habitación de todos modos, donde la pared trasera y el suelo proporcionan un efecto similar. Por lo tanto, existe un buen caso para utilizar estas mediciones de medio espacio y apuntar a una respuesta de medio espacio plana. Los altavoces que están ecualizados para dar una respuesta plana en el espacio libre siempre sonarán muy graves en interiores, por lo que los altavoces de monitorización tienden a incorporar configuraciones de medio espacio y cuarto de espacio (para uso en esquinas) que llevan la atenuación por debajo de unos 400 Hz.
Cavar un hoyo y enterrar el altavoz a ras del suelo permite una medición del espacio intermedio mucho más precisa, lo que crea el equivalente en altavoz del micrófono de efecto de contorno (todas las reflexiones están exactamente en fase), pero cualquier puerto trasero debe permanecer desbloqueado y cualquier amplificador montado en la parte trasera debe tener aire de refrigeración. La difracción de los bordes del gabinete se reduce, lo que crea una curva de respuesta repetible y precisa, pero no muy representativa.
En las frecuencias bajas, la mayoría de las salas tienen resonancias en una serie de frecuencias en las que la dimensión de una sala corresponde a un múltiplo de la mitad de la longitud de onda. El sonido viaja a unos 340 m/s (1100 pies por segundo), por lo que una sala de 6,1 m (20 pies) de largo tendrá resonancias a partir de los 27,5 Hz. Estos modos resonantes provocan grandes picos y caídas en el nivel de sonido de una señal constante a medida que la frecuencia de esa señal varía de baja a alta.
Además, las reflexiones, la dispersión, la absorción, etc., alteran considerablemente el sonido percibido, aunque esto no necesariamente se note de manera consciente en el caso de la música o el habla, en frecuencias superiores a las dominadas por los modos de la sala. Estas alteraciones dependen de la ubicación de los altavoces con respecto a las superficies reflectantes, dispersantes o absorbentes (incluidos los cambios en la orientación de los altavoces) y de la posición de escucha. En situaciones desafortunadas, un ligero movimiento de cualquiera de estos elementos, o del oyente, puede provocar diferencias considerables. Los efectos complejos, como la integración auditiva estéreo (o de múltiples canales) en un "escenario sonoro" percibido unificado, se pueden perder fácilmente.
Existe una comprensión limitada de cómo el oído y el cerebro procesan el sonido para producir tales percepciones, y por lo tanto ninguna medición o combinación de mediciones puede asegurar percepciones exitosas de, por ejemplo, el efecto de "escenario sonoro". Por lo tanto, no hay ningún procedimiento seguro que maximice el rendimiento de los altavoces en cualquier espacio de escucha (con la excepción de la cámara anecoica, que es desagradable desde el punto de vista sonoro). Algunos parámetros, como el tiempo de reverberación (en cualquier caso, realmente aplicable sólo a volúmenes mayores) y la "respuesta de frecuencia" general de la sala se pueden ajustar en cierta medida mediante la adición o sustracción de elementos reflectantes, difusores o absorbentes, pero, aunque esto puede ser notablemente efectivo (con las adiciones o sustracciones y ubicaciones correctas), sigue siendo algo así como un arte y una cuestión de experiencia. En algunos casos, no se ha demostrado que dicha combinación de modificaciones sea muy exitosa.
Todos los altavoces con varios controladores (a menos que sean coaxiales ) son difíciles de medir correctamente si el micrófono de medición se coloca cerca del altavoz y ligeramente por encima o por debajo del eje óptimo, porque la diferente longitud de trayectoria de dos controladores que producen la misma frecuencia conduce a la cancelación de fase. Es útil recordar que, como regla general, 1 kHz tiene una longitud de onda de 1 pie (0,30 m) en el aire, y 10 kHz una longitud de onda de solo 1 pulgada (25 mm). Los resultados publicados a menudo solo son válidos para un posicionamiento muy preciso del micrófono con una precisión de uno o dos centímetros.
Las mediciones realizadas a 2 o 3 m, en la posición de escucha real entre dos altavoces, pueden revelar algo de lo que realmente está sucediendo en una sala de escucha. Aunque la curva resultante parezca horrenda en general (en comparación con otros equipos), proporciona una base para la experimentación con paneles absorbentes. Se recomienda activar ambos altavoces, ya que esto estimula los "modos" de baja frecuencia de la sala de una manera representativa. Esto significa que el micrófono debe colocarse exactamente equidistante de los dos altavoces si se quieren evitar los efectos de "filtro de peine" (picos y caídas alternados en la respuesta de la sala medida en ese punto). La mejor manera de colocarlo es moviendo el micrófono de un lado a otro para obtener la máxima respuesta en un tono de 1 kHz, luego en un tono de 3 kHz y luego en un tono de 10 kHz. Si bien los mejores altavoces modernos pueden producir una respuesta de frecuencia plana a ±1 dB desde 40 Hz a 20 kHz en condiciones anecoicas, las mediciones a 2 m en una sala de escucha real generalmente se consideran buenas si están dentro de ±12 dB.
La acústica de la sala tiene un efecto mucho menor en las mediciones de campo cercano, por lo que pueden ser adecuadas cuando no se puede realizar un análisis de cámara anecoica. Las mediciones deben realizarse a distancias mucho más cortas del altavoz que el diámetro total del altavoz (o de la fuente de sonido, como una bocina o un respiradero), donde la media longitud de onda del sonido es menor que el diámetro total del altavoz. Estas mediciones proporcionan la eficiencia directa del altavoz, o la sensibilidad promedio, sin información direccional. Para un sistema de altavoces con múltiples fuentes de sonido, la medición debe realizarse para todas las fuentes de sonido (woofer, ventilación bass-reflex, altavoz de rango medio, tweeter...). Estas mediciones son fáciles de realizar, se pueden realizar en casi cualquier sala, son más puntuales que las mediciones en la caja y predicen mediciones de medio espacio, pero sin información de directividad. [4]
Las mediciones de respuesta de frecuencia solo son significativas si se muestran como un gráfico o se especifican en términos de límites de ±3 dB (u otros límites). Una debilidad de la mayoría de las cifras citadas es que no indican el nivel de presión sonora máximo disponible, especialmente en frecuencias bajas. Por lo tanto, una medición del ancho de banda de potencia es más útil, además de la respuesta de frecuencia, siendo esta un gráfico del nivel de presión sonora máximo para una cifra de distorsión dada en todo el rango de frecuencia audible.
Las mediciones de distorsión en los altavoces sólo pueden llegar hasta el nivel de distorsión del propio micrófono de medición , por supuesto, al nivel probado. El micrófono idealmente debería tener un nivel de recorte de 120 a 140 dB SPL si se va a medir una distorsión de alto nivel. Un altavoz típico de gama alta, impulsado por un amplificador de potencia típico de 100 vatios , no puede producir niveles de pico muy superiores a 105 dB SPL a 1 m (lo que se traduce aproximadamente a 105 dB en la posición de escucha de un par de altavoces en una sala de escucha típica). Conseguir una reproducción verdaderamente realista requiere altavoces capaces de niveles mucho más altos que esto, idealmente alrededor de 130 dB SPL. Aunque el nivel de música en vivo medido en un medidor de nivel de sonido (de respuesta lenta y lectura RMS) puede estar en la región de 100 dB SPL, los picos de nivel de programa en percusión superarán esto con creces. La mayoría de los altavoces dan alrededor de un 3% de distorsión medida con un "residuo de distorsión" ponderado 468 que se reduce ligeramente a niveles bajos. Los altavoces electrostáticos pueden tener una distorsión armónica menor, pero sufren una mayor distorsión de intermodulación. Un residuo de distorsión del 3 % corresponde a un 1 o 2 % de distorsión armónica total . Los monitores profesionales pueden mantener una distorsión moderada de hasta aproximadamente 110 dB SPL a 1 m, pero casi todos los sistemas de altavoces domésticos distorsionan mucho por encima de los 100 dB SPL.
Los altavoces se diferencian de la mayoría de los demás equipos de audio en que sufren coloración , la tendencia de varias partes del altavoz (el cono, su marco, el gabinete, el espacio cerrado) a seguir moviéndose cuando cesa la señal. Todas las formas de resonancia causan esto, al almacenar energía, y las resonancias con un factor Q alto son especialmente audibles. Gran parte del trabajo que se ha realizado para mejorar los altavoces en los últimos años se ha centrado en reducir la coloración, y se introdujeron equipos de medición de transformada rápida de Fourier, o FFT, para medir la salida retardada de los altavoces y mostrarla como un gráfico de cascada de tiempo frente a frecuencia o un gráfico de espectrograma . Inicialmente, se realizó un análisis utilizando pruebas de respuesta al impulso , pero este "pico" sufre de un contenido de energía muy bajo si el estímulo debe permanecer dentro de la capacidad máxima del altavoz. Los equipos posteriores utilizan la correlación con otros estímulos, como un analizador de sistema de secuencia de longitud máxima ( MLSSA ). [5] Al utilizar múltiples tonos de onda sinusoidal como señal de estímulo y analizar la salida resultante, la prueba de contaminación espectral proporciona una medida del componente de distorsión de "ruido propio" de los altavoces. Este tipo de señal de "cerca de estacas" se puede optimizar para cualquier rango de frecuencia y los resultados se correlacionan excepcionalmente bien con las pruebas de escucha de calidad de sonido.