¿Por qué mayor potencia en un equipo no siempre significa un mayor volumen?

Por Jesús Sánchez / 20 enero 2019
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Cuando se trata de “volumen”, mucha gente solo se fija en la potencia o potencia nominal del amplificador y aunque en general más vatios significan mayor volumen, no siempre es así:

  • El primer motivo es que también hay que tener en cuenta la eficiencia de los altavoces conectados al amplificador.
  • El segundo, es que los fabricantes suelen utilizar la potencia pico en vez de la potencia RMS (potencia sonora efectiva). La potencia pico es la que soportan el dispositivo durante una fracción de segundo, dato completamente inútil pero que vende mejor. La que nosotros buscamos es la potencia RMS, la útil.

¿Qué es un decibelio?

Un decibelio (dB) es una unidad de medida que se utiliza para expresar, de forma logarítmica, la relación entre dos valores. En el mundo de la acústica se trata de la relación entre dos niveles de presión sonora.

Decibelio se compone de dos palabras:

  • deci: que significa una décima parte.
  • bel: que es una unidad que lleva el nombre de Alexander Graham Bell, el inventor del teléfono.

El bel es una unidad de sonido y un decibelio (dB) es una décima parte de un bel.

Por lo que, en acústica, un decibelio es una unidad que sirve para medir el nivel de presión sonora (Sound Pressure Level o SPL) tomando como base un nivel de referencia.

Los decibelios se calculan según la expresión:

$$ L_{p}=20·log_{10}\frac{p_{rms}}{p_{ref}} dB $$

Donde:

  • Pref es la presión de referencia y está establecida en el umbral de percepción sonora de un ser humano medio. Que viene a ser 2·10-5 Pa.
  • Prms es la presión cuadrática media o eficaz.

El decibelio al ser una unidad logarítmica se comporta de una manera peculiar:

  • Por ejemplo, si aumentamos la presión al doble (doble potencia sonora) el resultado es que aumentamos el SPL en 3 dB.
  • Sin embargo, si queremos aumentar el nivel de sonoridad percibida (duplicar el volumen) tenemos que hacer un aumento de 10 dB.

El oído humano es sensible a una amplia gama de niveles sonoros que van desde 0 dB, lo que supone un silencio total para el oído humano, hasta 130 dB, que causa dolor.

Para hacernos una idea:

  • La respiración humana suave, que se oye solo cuando estamos muy cerca, alcanza unos 10 dB.
  • Una conversación normal puede rondar unos 60 dB.
  • Una aspiradora alcanza hasta los 80 dB.
  • Una sirena de ambulancia ronda los 120 dB cuando nos situamos cerca de ella.
  • Un volumen de 140 dB puede causar daños en el oído, si se soporta durante un período de tiempo.
  • La exposición a 150 dB puede reventar los tímpanos. Y el sonido por encima de este nivel puede ser muy dañino e incluso letal.

¿Qué es un vatio?

Un vatio (W) es una unidad de energía por unidad de tiempo. En acústica los vatios se utilizan habitualmente para medir la energía utilizada para alimentar los drivers de los altavoces.

Los altavoces suelen estar clasificados por el rango de vatios de funcionamiento. Y es muy importante porque, si conectamos un amplificador que produce más vatios de los que el altavoz es capaz de soportar, puede explotar.

Los vatios sí que se suman y multiplican de manera normal, por lo que un amplificador de 20 vatios suministra el doble de potencia que otro de 10 vatios. Pero ten en cuenta que el duplicar la potencia eléctrica solo va a producir un aumento de 3 dB SPL, y para duplicar el volumen, necesitamos 10 dB.

Por tanto, un amplificador de 20 W sonará más fuerte que un amplificador de 10 W, pero no el doble.

Pero aún no hemos acabado, porque el amplificador es el que transmite la señal eléctrica que se convierte en sonido en el driver del altavoz…

Sensibilidad o eficiencia de los altavoces de los altavoces

Los altavoces pueden ser más o menos eficientes en su capacidad para convertir la energía eléctrica (entrante) en energía acústica (saliente).

La eficiencia dependerá de los componentes eléctricos, de la construcción, así como del tipo de driver que use. Siendo los drivers dinámicos (los más usados) bastante ineficientes, por lo que una gran parte de la energía entrante se convierte en calor, no en sonido.

Normalmente, la sensibilidad de los altavoces se expresa como: 90 dB @ 1W/1m; que significa que alcanza un nivel de presión sonora de 90 dB con un vatio de potencia entrante y a un metro de distancia del altavoz. Un altavoz más eficiente tendrá un número mayor y uno menos eficiente uno menor.

Resumen

Para saber el volumen máximo que alcanzará nuestro equipo de audio necesitamos saber la potencia del amplificador y la eficiencia del altavoz.

Así que supongamos que tenemos un altavoz con una sensibilidad de 90 dB @ 1W/1m y capaz de gestionar hasta 100 W de potencia entrantes.

  • Si ese altavoz está alimentado con 1 W de potencia, generará 90 dB a una distancia de 1 metro.
  • Si duplicamos la potencia a 2 W, el volumen aumentará a 93 dB.
  • Si aumentamos la potencia a 10 W, el volumen aumentará a 100 dB, que es “el doble de sonoridad percibida” (el doble de volumen) que 90 dB.
  • Si aumentamos la potencia a 100 W, el volumen aumentará hasta los 110 dB, que es “el doble de sonoridad percibida” (el doble de volumen) que 100 dB.

Como podemos ver, hemos aumentado la potencia de 1 W a 100 W (x100), sin embargo, el volumen percibido máximo solo ha aumentado de 90 dB a 110 dB (x4).

Y es que se necesita aumentar mucho la potencia del amplificador para aumentar ligeramente el volumen percibido y aquí es donde cobra importancia la sensibilidad del altavoz.

Si reemplazamos ese altavoz de 90 dB @ 1W/1m por un modelo que tenga una sensibilidad de 100 dB @ 1W/1m, los números cambian drásticamente:

  • Con 1 W de potencia de entrada nos dará 100 dB SPL. Con el altavoz menos eficiente necesitábamos alimentarlo a 10 W para que produjese el mismo nivel de presión sonora.
  • Y si lo alimentásemos con 100 W, nos daría hasta 120 dB. El doble de volumen percibido que los 110 dB del otro altavoz.

Por lo tanto, tenemos que tener en cuenta que:

  • Doblar la potencia de salida (vatios) resulta en un aumento de 3 dB en el volumen.
  • Un aumento de diez veces supone en un aumento de 10 dB, o un sonido que es el doble de fuerte.
  • La eficiencia del altavoz es un factor muy importante a la hora de determinar el volumen máximo que puede alcanzar el equipo.

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