Lo que necesita saber sobre sensibilidad, impedancia y potencia del amplificador

Supongamos que estamos casados

Tome un vuelo rápido de fantasía con nosotros e imagine que está buscando su primer par de verdaderos auriculares para audiófilos y ha decidido darle a nuestros LCD-2 el primer asiento en su panteón de alta fidelidad. galas (¡buena elección!). Una cosa que quizás hayas leído es que recomendamos usar un amplificador de auriculares con la alimentación adecuada para obtener la experiencia sonora más maravillosa. Has leído detenidamente toda la literatura sobre cómo los LCD-2 tienen una impedancia de 70 ohmios y su sensibilidad es de 101 dB a 1 mW, con un SPL máximo de >130 dB y... y... puedes tomar un respiro si quieres. Este es uno de los temas más complejos con los que tienen que lidiar los fanáticos de los audífonos, y algo con lo que incluso los entusiastas del hardcore se confunden. Haremos todo lo posible para desenredar este nudo sin necesidad de tener un título en ingeniería.


Una de las cosas más complicadas cuando se trata de requisitos de potencia para amplificadores de auriculares tiene que ver con la relación entre tres factores principales: la sensibilidad de los auriculares , la salida del amplificador, y cuánto resistirá la salida del amplificador la impedancia de esos auriculares. Todos estos factores contribuyen de manera diferente a qué tan bien un amplificador en particular manejará un par de auriculares dado. Para comprender por qué estas cosas son importantes, es útil saber no solo cómo se miden el volumen, la impedancia y la sensibilidad, sino también cómo interpretan nuestros cerebros el volumen. Todo esto se suma a por qué es posible que necesite potencia adicional de un amplificador, incluso si ya está produciendo sonoridad promedio adecuada.


Bueno y malo, defino estos términos


Muy rápido, saquemos algunas definiciones imprecisas:

  • Nivel de presión sonora (o SPL) es lo que su cerebro interpreta como sonoridad. Un Decibel (o dB) es la unidad común para medir el volumen.
  • La sensibilidad se define como el SPL producido por un par de auriculares cuando se aplica una cantidad determinada de potencia a una determinada frecuencia.
  • La impedancia se mide en Ohms, y es se define como la cantidad de resistencia al voltaje suministrado a frecuencias específicas (cubriremos esto más adelante).

La sensibilidad a menudo se malinterpreta y la impedancia rara vez se explica a fondo, ya que son cuestiones muy complejas... ¡así que siga leyendo!


La sensibilidad se mide aplicando un milivatio (mW) de potencia a un par de auriculares mientras reproduce un barrido sinusoidal (una gama suavemente curvada de tonos de frecuencia pura). Este barrido sinusoidal generalmente producirá tonos desde el extremo más bajo del espectro de frecuencia audible hasta el más alto; en otras palabras, todas las frecuencias que la mayoría de los humanos pueden escuchar. El SPL (sonoridad) producido por los auriculares a una frecuencia determinada con una cantidad determinada de potencia se conoce como su sensibilidad, y para los auriculares el estándar generalmente aceptado es utilizar un kiloHertz (kHz) como la frecuencia de medición de la sensibilidad.


Volvamos a nuestros LCD-2 y su nivel de sensibilidad de 101 dB a 1 mW. Entonces podría suponer, conociendo la naturaleza de la sensibilidad, que solo necesita 1 mW de potencia para impulsar ese par de auriculares hasta 101 dB. Mucho ruido, ¿verdad? Si bien esto es técnicamente cierto, es solo una parte de la historia.La razón principal de esta "verdad parcial" tiene que ver con la naturaleza del sonido y cómo lo escuchan los humanos, pero se complica aún más por la curva de impedancia de los auriculares


No existe tal cosa como el mundo real


En el mundo real, el sonido rara vez es una onda suave y limpia, como un barrido sinusoidal. Resulta que los sonidos del mundo real son extremadamente difíciles de reproducir en la reproducción y en la grabación, pero se pueden simular de manera bastante realista mediante grabaciones bien hechas. Si alguna vez ha visto un gráfico de una onda de sonido musical bien grabada, sabe a lo que nos referimos: son cosas dentadas e irregulares con una miríada de picos y valles, y toda la "onda" parece una masa confusa de altibajos. , y todo lo demás. Una de las principales cosas a considerar cuando se habla de ondas sonoras reales es que producen lo que se denominan transitorios, mientras que un barrido sinusoidal no lo hace.


Un transitorio, en términos simples, es un pico en el volumen de un rango de frecuencia determinado, que suele ser el borde de ataque o "ataque" de un sonido (como un golpe de batería), que ocurre en un rango muy corto lapso de tiempo y a un volumen mucho más alto que el audio promedio. La siguiente imagen es un buen ejemplo, que es una melodía de jazz llamada "Black Arthur's Bounce" de Mark Dresser Seven (utilizada con permiso). Observe cómo la melodía comienza a un nivel razonable (a la izquierda) con algunos picos transitorios bastante distintos, pero a medida que aumenta el volumen hacia el final (a la derecha), hay algunos bastante serios ocurren picos transitorios.

La potencia requerida para producir estos aumentos en el volumen máximo es no lineal como podría suponerse, sino que se mide en lo que se denomina una escala logarítmica. Esto significa que por cada aumento de 10dB en el volumen máximo, se necesita 10 veces más potencia para producirlo. Entonces, las matemáticas simples se ven así: si un transductor (también conocido como el controlador en un auricular, es lo que hace vibrar el aire para convertir la energía eléctrica en sonido) puede producir picos de 101dB con 1mW (como nuestro LCD-2 anterior), se necesitarían 10mW para producir picos de 111dB, 100mW para picos de 121dB, y 1000mW para picos de 131dB. Puede ver cómo esto se suma rápidamente a necesidades de potencia bastante altas para grabaciones con grandes picos dinámicos.


Esta es la razón por la que es importante para reproducir sonidos transitorios: los transitorios pueden tener picos de sonoridad de 30, 40 o incluso 50 dB más que el SPL promedio. Sabiendo lo que hacemos con las escalas logarítmicas, esto se traduce en requisitos actuales que son MUCHO mayores de lo que se necesita para simplemente reproducir un SPL promedio. Si un amplificador no puede suministrar suficiente potencia para reproducir esos grandes picos, "cortará" los transitorios. Esto se conoce como clipping,, que es un modo de distorsión en el audio y es muy, muy malo para la precisión. Reproducción dinámica de sonido. El recorte puede sonar leve, como si alguien acabara de lijar los picos transitorios, o puede sonar duro, como si estuvieran lijando los tímpanos. De cualquier manera, no es bastante o preciso


Refiriéndose a "Black Arthur's Bounce" anterior, un amplificador de baja potencia puede tener un buen tiempo con la primera mitad de la melodía, pero lo más probable es que termine recortando mucho hacia el final. El nombre del juego es articular esos picos dinámicos con la mayor precisión posible sin recortar el amplificador, para preservar el rango dinámico completo de la grabación. Es por eso que recomendamos una clasificación de potencia de amplificador que supere la necesaria para simplemente "producir sonido" en los auriculares: un amplificador debe proporcionar una cantidad mucho mayor de potencia para poder reproducir los picos transitorios que se encuentran en un audio bien grabado.Esta potencia adicional también se denomina margen de maniobra


A continuación se muestra una imagen que muestra el recorte de "Black Arthur's Bounce" cuando falta suficiente espacio libre. Las áreas rojas están marcadas como recortadas y sonarán distorsionadas en varios grados como se mencionó anteriormente: cuanto más rojo, más distorsión habrá.

 

Bueno, todo está en tu mente


Sabemos lo que estás pensando. “¡130dB es lo suficientemente alto como para destruir mi audición! ¿Por qué querría reproducir esos picos si me va a dejar sordo? Es importante entender que aunque el volumen de los picos transitorios puede estar mucho más allá de lo que normalmente se consideraría saludable para la audición, estos SPL transitorios duran solo unos pocos milisegundos y, como tales, no son peligrosos para su audición. Más importante aún, la forma en que su cerebro interpreta el sonido, el volumen percibido en realidad está en un nivel mucho más bajo, porque su cerebro "redondea" los picos durante ese tiempo . El oído humano tiende a percibir los transitorios con un volumen más bajo de lo que realmente son, y los transitorios son "suavizados" por nuestra percepción. Tenga en cuenta que estos no son niveles promedio, sino niveles picos, y es posible que nuestro cerebro solo perciba un pico de 120dB como 90 o 100dB (o incluso menos, pero eso se está poniendo realmente complicado). A continuación se muestra una imagen que muestra cómo la audición humana suaviza los picos. El área amarilla representa el nivel de volumen promedio tal como lo percibe el cerebro, mientras que el área azul muestra el rango dinámico completo de los picos transitorios.

 

Potencia bruta, no se puede superar


Producir esos picos altos y valles bajos es crucial para reproducir el sonido de manera precisa y transparente. Si un sistema de audio puede reproducir esos picos transitorios fuertes con precisión y sin recortes, su margen dinámico es suficiente. Esto significa que con buenas grabaciones, los transitorios se pueden presentar más cerca de cómo son en la “vida real” (lo que sea que eso signifique). Esto a veces se denomina "factor de salto" y es lo que nos ayuda a creer que algo como un aplauso grabado o un golpe de batería puede sonar real. Para lograrlo, necesita dos cosas: transductores rápidos y detallados (una especialidad de Audeze) y un amplificador lo suficientemente potente como para hacer que los diafragmas se muevan con la velocidad suficiente para reproducir esos fuertes picos transitorios.


La última pieza de nuestro rompecabezas de poder proviene de la impedancia de un transductor (¡le dijimos que este era un tema complicado!). En términos muy simplificados, la impedancia es una medida de la resistencia al voltaje suministrado a través de la bobina móvil de un transductor a una frecuencia dada. Esta no es toda la historia, pero es suficiente para obtener una imagen aproximada de lo que está en juego, que generalmente se reduce a esto: cuanto mayor es la impedancia del controlador, más voltaje se necesita para alcanzar un alto nivel de volumen. Naturalmente, se deduce que es más fácil para un amplificador proporcionar el voltaje requerido para los picos transitorios si un transductor tiene una impedancia más baja. Aquí es donde volvemos a lo que mencionamos anteriormente sobre la impedancia que se mide a una frecuencia específica...


Algo que distingue a los auriculares Audeze de los auriculares con controlador dinámico es que nuestros transductores tienen una curva de impedancia plana. Esto significa que nuestros auriculares resistirán ese voltaje casi al mismo nivel, independientemente de la frecuencia. Esto, a su vez, da como resultado una curva de sensibilidad más suave, lo que significa una mejor precisión en la reproducción del sonido, ya que no hay frecuencias que demanden más potencia para producir los transitorios. La mayoría de los controladores dinámicos tienen un gran pico resonante en su curva de impedancia, lo que da como resultado un control deficiente del movimiento del cono en esas frecuencias resonantes.Nuestra curva de impedancia plana es una de las razones por las que los auriculares Audeze suenan más transparentes, resueltos y neutrales en todo el espectro de frecuencias que los auriculares con controlador de cono dinámico


¿No te pondrás al día con este consejo oportuno?


Para resumir y dividir todo esto un poco más simple:

a) Su cerebro "redondea" los picos de volumen agudos, lo que significa que los picos transitorios en realidad deben ser mucho más fuertesde lo que podría pensar para sonar precisos.
b) La potencia requerida para producir transitorios de alto SPL es en realidad órdenes de magnitud más altos que la medición de sensibilidad de los auriculares.
c) Los auriculares de baja impedancia requieren menos voltaje para funcionar, lo que resulta en una carga más fácil para el amplificador. (Los audífonos de mayor impedancia pueden brindar más detalles con amplificadores de alta potencia, pero esa es una discusión para otro momento).
d) Cuanto mayor sea la sensibilidad de un audífono, menos voltaje se requiere para evitar que un amplificador recorte esos valiosos picos transitorios. .

    El propósito general de un amplificador de mayor potencia no es necesariamente reproducir música lo más alto posible, se trata más de mantener la precisión de los picos transitorios fuertes y preservar el rango dinámico de la grabación. Esto hace que la presentación de esas complejas ondas sonoras musicales sea lo más natural y limpia posible sin recortes, lo que da como resultado un sonido de alta calidad y sin distorsiones. Por supuesto, cuando te relajas con tus auriculares al final del día, lo que más importa es lo que te hace feliz, así que explora, experimenta y descubre lo que significa experimentar Audio sin concesiones.

    .