Este es un pequeño tutorial de
cómo se relacionan las potencias que nos facilitan fabricantes de
amplificadores y altavoces, una de las dudas más recurrentes en el foro de
sonido en vivo. No es una guía para la selección de altavoces o amplificadores,
ya que muchos conceptos y factores se quedan fuera (damping, sensibilidad,
etc.), pero puede ayudar a algunos a saber si amplificadores y altavoces están
equilibrados en cuanto a potencia.
"Para un altavoz de X W
necesitas 2*X W de amplificador"
Esto es una afirmación bastante
común, aunque es demasiado vaga como para tener un significado concreto.
Para empezar el W (Watt o Wattio)
es unidad de potencia, que es la variación de la energía con respecto al
tiempo. Igual que la velocidad es la variación de la distancia con respecto al
tiempo.
Como los altavoces sólo pueden
producir movimientos oscilatorios, podemos hablar de potencia máxima y potencia
promedio para describir este movimiento.
El término Wpeak (Wattios de
pico) expresa la potencia instantánea máxima (o lo que es lo mismo, energía)
que es capaz de soportar el altavoz antes de romperse.
El término Wavg (Wattios
promedio, Wattios continuos, también mal llamado Wrms) viene de multiplicar
Vrms por Irms (tensión y corriente RMS) y nos da el valor de potencia
promediado. Esto es bastante delicado, ya que este valor depende de la señal.
Si lo miramos en voltaje, una señal predecible (que se pueda describir por una
función) tendrá un valor de pico y un valor promedio (RMS) determinados. Así,
una onda senoidal (tono puro) tendrá un valor de pico 3 dB por encima de su
valor RMS.
Esta diferencia (en dB) es lo que
se conoce como el factor de cresta de una señal, y es particularmente
importante para determinar el comportamiento y las especificaciones de potencia
de los altavoces y amplificadores.
Si una señal es descrita en
voltaje de esta manera y la reproducimos en un altavoz a través de un
amplificador, la relación entre valor promedio y máximo de la señal en potencia
se conserva, en dB, pero en potencia la misma relación en dB representa el
doble de diferencia que en voltaje.
Mientras que en voltaje una onda
senoidal pura tiene una relación de 1:1.414 (aproximadamente) en potencia esta
misma señal tiene una relación de 1:2 (aproximadamente).
Esto quiere decir que un tono
puro en potencia tiene un factor cresta de 3dB, que implica picos de el doble
del valor promedio.
Conociendo esta relación, podemos
interpretar mejor qué quieren decir los valores nominales de un amplificador.
Tomaremos como ejemplo un
amplificador común, el QSC RMX2450, que tiene una potencia nominal (a 8 Ohm) de
500W por canal. En sus especificaciones
(http://www.qscaudio.com/pdfs/Specifications/RMX_spec.pdf) nos dice que 500W @
8 Ohm son medidas con un tono de 1KHz y con un 0.1% de THD (más potencia
implicará, como mínimo más distorsión). Aunque no lo especifican (no nos dicen
que sea potencia continua) las lecturas de corriente y voltaje que se realizan
en el proceso de medición son RMS. Estos son los datos de este fabricante, y no
quiere decir que sea la única manera de darlos, o el único método para
medirlos.
Por lo tanto, entendemos que este
amplificador capaz de generar 500W continuos cuando se le introduce un tono
puro de 1KHz y se le coloca una carga de 8 Ohm a la salida, será capaz de
generar 1000W de pico (implícitamente, ya que está reproduciendo ese tono puro
que tiene los picos a ese nivel).
Ahora lo normal es estarse
preguntando qué tiene que ver un tono puro con la música o la voz que es lo que
ese amplificador va a reproducir al final del día. La música y la palabra son
señales my complejas, de alto contenido armónico (en el sentido matemático, no
musical) y muy variables. Esto quiere decir que es poco corriente encontrar
tonos puros, ya que siempre hay muchas frecuencias interactuando entre sí, por
lo que el movimiento del altavoz no va a ser simple (como con un tono puro).
Por esto es mucho más complicado medir el comportamiento de los equipos ante
este tipo de señales. Los fabricantes pueden coger material de programa
(música, voz, etc.) y analizarlo (dándole valores de RMS, RMS pico, pico, etc.)
y después analizar la salida del amplificador ante esa señal y comparar los
resultados. También pueden crear una onda senoidal que varíe en amplitud
dándole unos parámetros determinados, o reproducirla de manera intermitente.
Evidentemente esto da resultados muy dispares ya que depende mucho del material
a utilizar, por lo que es más útil centrarse en un sólo método, y extrapolar
los resultados al resto de materiales que queramos utilizar.
Si cogemos nuestro amplificador
QSC y le introducimos música con un factor cresta de, digamos, 12dB, de manera
que los picos del amplificador sean de 1000W, el valor promedio de la música
reproducida será de la mitad de la mitad de la mitad de la mitad de 1000W, es
decir 62.5W. Si esta música se reproduce con un promedio de 500W significará
que tenemos picos de el doble del doble del doble del doble de 500W, es decir:
8000W.
¿Podrá el amplificador reproducir
picos de 8000W? Puede ser, aunque no es relevante. La música (especialmente en
directo) tiene unos picos muy cortos en el tiempo (transitorios) que no harán
reaccionar la etapa y sus circuitos de protección de la misma manera que los
picos continuos de una onda senoidal. Así es posible que si estamos
reproduciendo música habrá momentos en los que el factor cresta está por debajo
del valor promedio y momentos que esté por encima. Esto es porque la música
tendrá un valor RMS más altoy en otros más bajo, que promediado nos da un valor
que usamos para calcular el factor de cresta. Por lo tanto habrá momentos en
los que esa etapa estará entregando (por periodos cortos de tiempo) valores
superiores al nominal, y durante la gran mayoría del tiempo valores por debajo.
Por eso con música podrá haber momentos concretos en los que se den picos por
encima de 1000W y valores RMS por encima de 500W (aunque no muy por encima y no
por periodos prolongados de tiempo).
Por lo tanto la relación entre
los datos del fabricante y lo que queremos hacer nosotros con su equipo tienen
más sentido del que parece. Veamos para los altavoces.
Los altavoces no se miden con
tonos puros, sino con ruido rosa modificado y filtrado para el rango de
frecuencias del altavoz. Aunque existen varios métodos de medición aceptados en
la industria, casi todos implican este ruido rosa modificado que tiene un
factor cresta de 6dB.
Como en potencia una relación de
3dB equivale a 2:1, 6dB equivalen a 4:1. Esto quiere decir que el ruido rosa
tiene que tener un valor contínuo de 1/4 del valor de pico.
Por seguir el ejemplo, veamos al
JBL JRX115, que en su hoja de características
(http://www.jblpro.com/BackOffice/ProductAttachments/JBL_JRX115.pdf) ya nos
indican cómo se han obtenido los valores nominales: 250W "RMS", 500W
Program, 1000W peak, y su impedancia es de 8 Ohm.
La impedancia de un altavoz no es
"resistencia" en el sentido en que no es lineal ya que varía con la
frecuencia. Normalmente esta impedancia nominal será el valor (2, 4, 6 , 8
etc.) en Ohn más cercano al valor mínimo que va a tomar dentro del rango de
frecuencias que puede reproducir el altavoz. En este caso no nos dan un gráfico
de impedancia con respecto a la frecuencia, pero muchos otros fabricantes lo
facilitan. En cualquier caso debemos saber que la impedancia no es un valor
fijo, sino una referencia, y que nuestra etapa estará trabajando por momentos a
valores muy diferentes de impedancia. Es importante, no obstante, mantener este
valor nominal al comparar los valores de etapa y altavoz.
Vemos que el valor de pico
concuerda con el obtenido para el RMX2450, por lo que reproduciendo este ruido
rosa con 1000W de pico tendremos también 250W continuos (6 dB de factor
cresta). Si reproducimos un tono puro con 500W contínuos (aunque procuraremos
no hacerlo), llegaremos a 1000W de pico otra vez. Por lo tanto vemos que los
valores que entrega la etapa y puede soportar el altavoz son muy similares,
aunque los valores nominales (de potencia continua) son diferentes (de hecho
uno el doble que el otro).
Vemos como el valor
"Program" es similar al valor nominal de la etapa. Realmente este
puede ser el único valor que no nos dice nada (suele ser simplemente el doble
que el valor continuo o "RMS") y sin embargo coincide con el valor
nominal de la etapa adecuada al altavoz.
Esto quiere decir que, con cierto
margen (no siempre encontraremos etapas con valores exactos para nuestros
altavoces, o al revés), una etapa con valor nominal cercano al valor
"Program" del altavoz (para la misma impedancia) será la más adecuada.
Por lo tanto no es cierto que
haga falta más potencia que la que puede soportar el altavoz, sino que las
potencias nominales de altavoces y amplificadores no son comparables (al menos,
no si no se sabe cómo).
Como veíamos antes, las etapas
pueden llegar a picos y valores RMS más altos que sus especificaciones. Los
altavoces también, dependiendo del material que reproduzcan, pueden generar
picos más altos que sus propias especificaciones. En ciertas situaciones puede
ser hasta normal (material con mucha dinámica) pero llevar los altavoces al
extremo suele conllevar roturas.
Los altavoces son la parte más
débil de la cadena (si mandamos material muy distorsionado desde la etapa,
sufrirá el altavoz. Si mandamos demasiada potencia, de nuevo sufrirá el
altavoz). Si nuestros picos son demasiado altos, sacaremos la bobina del campo
magnético, provocando que se desalinee con él y roce contra el imán. También es
común romper el cono por el diámetro, o directamente separar la bobina del
cono. Ésta (la bobina) puede llegar a fundirse (personalmente nunca he visto
esto, aunque todo lo demás sí), aunque esta avería está más relacionada con
mandar una onda cuadrada, de manera que la bobina no puede disipar el calor que
genera la corriente al no poder realizar los movimientos tan rápidamente.
Y seguro que me dejo muchas cosas
en el tintero, espero que a alguien le venga bien y que se complete todo lo que
falte o sea erróneo en los comentarios.
Fuente: @Hispasonic
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