En el diseño y operación de un sistema de sonido, uno de nuestros objetivos más importantes es proporcionar un nivel de sonido suficiente para que todo el mundo en la audiencia pueda oír bien. En lugar de intentar medir la potencia acústica producida por un parlante, es mucho más sencillo medir su nivel de presión acústica utilizando un medidor de nivel de sonido. Este dispositivo relativamente barato proporcionará inmediatamente datos en decibelios para un lugar determinado. Cabe señalar que un cambio en el nivel de presión de sonido es semejante a un cambio en el voltaje (presión eléctrica) en un circuito de audio. Por lo tanto, para expresar un cambio en el nivel dB-SPL requiere un multiplicador de 20 log, el mismo que para los cambios de voltaje. La fórmula para SPL cambia entonces y se convierte en:
dB-SPL = 20 log Df / Dn
Df representa la distancia más lejos y Dn la distancia más cerca. La ecuación es la misma, si ambas dimensiones son en pulgadas, pies, o metros. Para ilustrar, si medimos 90 dB-SPL a 3 metros de la fuente y luego nos movemos a un punto de 12 veces esa distancia, o 36 metros, ¿Cuánto debe ser nuestro nivel de presión sonora en dB?
dB-SPLf = dB-SPLn – 20 log Df / Dn
En primer lugar, se calcula la pérdida entre las dos distancias:
dB = 20 log 36 / 3 = 20 log 12 = 20 x 1.08 = 21.6 dB de perdida
Entonces:
dB-SPLf = 90 – 21.6 = 68.4 dB-SPL
Watts y SPL
Ahora consideraremos ejemplos prácticos de cómo podemos utilizar esta información. Si conocemos el dB-SPL que nuestro parlante puede producir a una distancia específica con una potencia aplicada específica, se puede calcular el SPL que produciría en cualquier potencia dada. O, trabajando hacia atrás, si se requiere un cierto nivel de sonido a una distancia de una fila de asientos, podemos calcular la potencia que nuestro parlante requeriría para producir ese nivel. Para ello, necesitaremos una especificación importante de nuestro parlante, su sensibilidad, por lo general expresada en decibelios. Por ejemplo, la hoja de especificaciones para un parlante especial señala lo siguiente: “96 dB-SPL (1 watt @ 1 metro)”. Esto significa que con un watt medido de ruido rosa aplicada a este parlante, producirá un nivel de 96 dB-SPL, medida en el eje del parlante a una distancia de un metro. Algunos fabricantes pueden basar su especificación en una distancia medida de cuatro pies en vez de un metro, o un nivel de potencia diferente puede ser utilizado. Hay que tener en cuenta que la pérdida de dB de un metro a cuatro pies es 1.7 dB, que puede ser fácilmente un factor cuando sea necesario. Mediante la utilización de las ecuaciones que hemos aprendido, podemos convertir las especificaciones dadas a un nivel constante. Para conocer las matemáticas involucradas, vamos a trabajar con un problema práctico: Supongamos que tenemos un parlante con una sensibilidad nominal de 96 dB-SPL (1 watt @ 1 metro). Estamos al aire libre y determinemos que presión sonora se requiere para tener 80 dB en la última fila de asientos, que está a 18 metros de distancia del parlante. ¿Cuánto nivel de potencia se requiere para impulsar nuestro parlante a ese nivel?
En primer lugar, hay que calcular la pérdida acústica debido a la ley del cuadrado inverso sobre la distancia de 18 metros. Cuando añadimos esta pérdida a los 80 dB requeridos, vamos a saber los SPL necesarios en nuestros parlantes para un metro. Calculemos nuestra pérdida:
dB = 20 log Df / Dn = 20 log 18/1 = 20 log 18 = 20 x 1.255 = 25.1 dB
Por lo tanto, necesitamos 80 + 25 = 105 dB-SPL a un metro del parlante.
Dado que sabemos que nuestro parlante produce 96 dB-SPL a un metro con una entrada de un watt, para alcanzar los 105 dB-SPL requerirá algunos watts adicionales. ¿Cuántos más? En primer lugar, debemos determinar cuántos dB se requerirá por encima del nivel de un watt.
Nivel adicional requerido = 105.1 dB – 96 dB = 9.1 dB
¿Cuánta potencia se requiere para elevar la presión sonora de este parlante a un 9.1 dB adicional? La siguiente fórmula puede utilizarse para encontrar la potencia (watts) cuando se conoce el cambio en dB:
P1 = P2 x antilog 10dB/10
Ahora insertamos las cifras conocidas (P2 = 1 watt; dB = 9.1):
P1 = 1 x antilog 109.1/10 = 1 x antilog 0.91 = 1 x 8.1 = 8.1 watts
Tenga en cuenta que era necesario cambiar nuestra figura dB de nuevo a un logaritmo dividiéndolo por 10 (9,1 / 10 = 0.91). Ahora, ¿cuál es el antilogaritmo de 0.91? Usando nuestra calculadora científica, encontramos que es 8.1, que representa la proporción de aumento de la potencia necesaria. Simplemente multiplicar la sensibilidad de un vatio por esta relación nos da el poder real necesario. Si estamos manejando diez parlantes con este nivel, entonces necesitaremos un total de 80 watts (10 watts x 8) en la salida de nuestro amplificador, teniendo en cuenta un techo para los picos (techo se denomina a un margen adicional). ¿Cuánto techo? ¿Para lograr un confortable techo de 6 dB por debajo del corte, cuanta potencia necesitaremos? Hay que tener en cuenta que un aumento de 6 dB en el nivel requerirá un aumento de cuatro veces la potencia. Para lograr esto de manera segura, nuestro amplificador debe ser capaz de producir al menos 320 watts (4 x 80 watts) de potencia de audio y nuestros altavoces deben ser capaces de manejar 32 watts cada uno. Tal vez desde esta breve consideración, podemos ver que a veces necesitamos hacer un poco de tarea para lograr un sistema de sonido estable y confiable.
Esperamos que esta discusión de los fundamentos eléctricos y el uso de decibelios le ayudará en el éxito de la planificación e ingeniería de un sistema de sonido.
Puede ver también:
El Sonido Segunda Parte-Nivel de Sonido
El Sonido Tercera Parte-Longitud de Onda, Fase
El Sonido Cuarta Parte-Refracción, Reflexión acústica
El Sonido Quinta Parte–Reverberación
El Sonido Sexta Parte-Fundamentos Eléctricos
Circuitos Eléctricos e Impedancia
Audio desbalanceado y balanceado