Temas de Audio Profesional : Aguante de potencia de altavoces
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        De entre las muchas confusiones que abundan en el mundo de la sonorización profesional está la del aguante de potencia (en inglés, power handling) de un altavoz, también llamado potencia admisible. Por una parte, los fabricantes utilizan una variedad de términos tales como potencia de pico, RMS, media, continua o de programa. Por otra, existen diferentes formas de medir el aguante de potencia de un altavoz o caja acústica que producen diferentes resultados. En este tema de audio trataremos de arrojar algo de luz sobre esta cuestión.

1. Potencia

La potencia es la energía por unidad de tiempo. Se mide en vatios. La potencia que entrega un amplificador a un altavoz se mide a través la división del cuadrado del voltaje (V) por la impedancia (Z) :

Según que tipo de voltaje utilicemos, lograremos un tipo de potencia. Si el voltaje es de pico, la potencia será también de pico. Si el voltaje es RMS, obtendremos potencia media (RMS). El RMS (del inglés, root-mean-square), es sólo una herramienta matemática que extrae el valor eficaz de una señal alterna. Este valor eficaz es similar a mediar el voltaje de la señal excluyendo el signo.

2. Pruebas de potencia

Para determinar el aguante de potencia (que también podríamos llamar potencia admisible) de un altavoz, se lo ha de someter a una prueba de potencia. Ésta consiste en alimentar el altavoz con señal de prueba, que normalmente consiste algún tipo de señal de ruido con un margen dinámico controlado, durante un tiempo determinado, habitualmente entre 2 y 100 horas.

La señal de prueba suele ser alguna forma de ruido rosa. El ruido rosa es una señal aleatoria que posee la misma energía en todas la bandas de frecuencia. Por otro lado el ruido rosa no es constante, sino que posee una cierta dinámica. El ruido rosa nos permite de esta forma realizar estudios donde se pone a prueba no sólo el aguante térmico del altavoz, sino también el aguante mecánico.

El margen dinámico de una señal se expresa con el factor de cresta, que es la relación entre la potencia de los picos y la potencia de la media de la señal. La figura que puede verse a continuación muestra una señal de ruido rosa con un factor de cresta de 6 dB, es decir, que la potencia del pico es 6 dB mayor que la potencia media de la señal. Ello equivale a una relación de 2 a 1 entre el voltaje de pico y el RMS, que corresponde a una relación de 4 a 1 entre la potencia de pico y la potencia media ("rms"), puesto que la potencia se calcula en base al voltaje al cuadrado. Esta dinámica es la especificada habitualmente por la normas internacionales.

Existen varias normas que especifican procedimientos a la hora de realizar las pruebas. Las más relevantes son :

2.a. La norma AES2-1984

Ésta es una norma para componentes de altavoz realizada por el Audio Engineering Society. Es de uso muy habitual y, aunque es solo para componentes, se aplica también, a veces, a cada una de las vías de un sistema activo. Especifica una señal de ruido rosa con factor de cresta de 6 dB, con un ancho de banda de una década. Por ejemplo, un altavoz de bajos podría usar una banda de 50-500 Hz, mientras que una unidad de agudos podría usar una de 1000-10000 Hz. El gráfico muestra el espectro de ambos ejemplos. La duración de la prueba es de dos horas, tras la cual el componente no deber mostrar daño apreciable. La impedancia (Z) utilizada será la impedancia mínima del componente.

Espectro comparado de diferentes señales para pruebas de potencia vistas por un analizador de banda porcentual constante (tipo RTA).
El ruido rosa sin filtrar sería una línea recta plana

2.b. La norma IEC268-1 (1985)

Esta es una norma realizada por la Comisión Electrotécnica Internacional. Especifica una señal de ruido rosa con espectro IEC de programa y factor de cresta de 6 dB. El espectro de programa IEC intenta ser un espectro que se aproxime al contenido de una señal musical real, y tiene por ello menos agudos y menos graves. La ilustración que sigue muestra este espectro comparado con los dos ejemplos de espectros AES.

La duración de la prueba es de cien horas, tras la cual el altavoz no deber mostrar daño apreciable.

2.c. La norma EIA RS-426-A (1980)

Esta es una norma de la Asociación de Industrias Electrónicas de los EEUU. La duración de la prueba es de ocho horas, tras la cual el altavoz no deber mostrar daño apreciable. La señal también es ruido rosa con factor de cresta de 6 dB, con un contenido en frecuencia que puede verse en la figura comparativa.

2.d. La norma EIA RS-426-B (1998)

La 426-B supone un cambio sustancial con respecto a la 426-A. El resultado ya no es una especificación de potencia admisible, sino que se opta por especificar la potencia óptima del amplificador (optimum amplifier power), que será la potencia máxima que pase tres pruebas diferentes: una prueba de compresión de potencia con un barrido sinusoidal rápido entre 40 y 10 kHz que se repite en bucle, una prueba de distorsión a diferentes frecuencias y una última de "envejecimiento acelerado" (accelerated life test) a la mitad del la potencia óptima del amplificador con ruido rosa de 6 dB de factor de cresta y el espectro que puede verse en la ilustración comparativa. La duración de esta última prueba es de ocho horas, y tras ninguna de las tres pruebas debe haber daños o cambios apreciables. El proceso de medida de esta norma es bastante complejo, laborioso y en momentos subjetivo; de momento esta norma no ha sido comúnmente aceptada por la industria del refuerzo sonoro y dudamos que lo sea en el futuro, quizá con la excepción de la prueba de envejecimiento acelerado, que en cualquier caso no es significativamente diferente de su predecesora 426A, excepto for un espectro más ancho.

3. Tipos de especificaciones de potencia

3.a. Potencia media. Este tipo de potencia suele denominarse erróneamente RMS, al utilizar el cálculo el voltaje RMS. La razón de este error es que el RMS sólo tiene sentido aplicarlo en parámetros que tienen signo negativo y positivo. La potencia sólo tiene signo positivo (va del amplificador al altavoz, no al contrario), y por ello no se le aplica el RMS, sino que simplemente se media. La potencia media es, por tanto, aquella que utiliza el voltaje RMS para su cálculo.

3.b. Potencia de programa. La potencia de programa es un término arcaico que proviene de antiguas pruebas de potencia con senoidal. Hoy en día, no tiene un significado concreto ni mucho sentido, ya que muchas de las señales estándar de prueba ya son de "programa". Para muchos fabricantes, es, simplemente, el doble de la potencia media, aunque otros fabricantes usan relaciones diferentes a 2:1. Puede usarse como guía para la elección de amplificador. Por ejemplo, un altavoz de 300W de potencia media y 600W (2x300W) de potencia de programa podría utilizar un amplificador de 600W de salida. Esto es para aplicaciones de gran control, para aplicaciones más habituales con cierto abuso del sistema este amplificador sería quizás demasiado grande.

3.c. Potencia de pico. Corresponde al cálculo de la potencia en base a los voltajes de pico. Para una señal de 6 dB de factor de cresta, la potencia de pico es cuatro veces más que la potencia media. Así pues, para señales de potencia con factor de cresta de 6 dB, las potencias quedarían como sigue:

3.d. Continua. Simplemente especifica que la señal está presente todo el tiempo, ya que existen normas que especifican señal intermitente.

4. Causas de averías de altavoces

Las causas de avería de un componente suelen se dividen entre térmicas y mecánicas.

Las causas del fallo térmico de un componente pueden ser : 

• exceso de potencia de entrada
• señales fuera de la banda pasante (radio frecuencia, frecuencias subsónicas). La energía que no se convierte en sonido se convierte en calor
• recorte (clip) del amplificador, la causa más común de fallo térmico
• corriente continua entregada por el amplificador, caso poco habitual en los amplificadores profesionales de hoy en día
• excesiva ecualización, principalmente de agudos, puesto que esta zona de frecuencias los componentes poseen una eficiencia muy baja y generan mucho calor

Para prevenir los fallos térmicos, evite recortar el amplificador de potencia y asegúrese de que sólo envía al altavoz aquellas frecuencias que éste puede reproducir, utilizando filtros paso-alto y/o paso-bajo para limitar la banda de frecuencia que alimenta el altavoz.

Las causas del fallo mecánico se deben al excesivo movimiento del altavoz. El altavoz tiene más excursión (movimiento hacia delante y hacia detrás) cuanto más baja es la frecuencia. Esto quiere decir que una señal con la frecuencia lo suficientemente baja y con el nivel suficiente, puede sacar la bobina móvil del entrehierro, con el consiguiente daño de la bobina, que probablemente rozará, y posiblemente acabe también cortándose o con corto-circuito. En los casos mas extremos el soporte de la bobina golpeará la pieza polar inferior y se deformará. Para prevenir fallos mecánicos, no utilice señales por debajo de la banda de utilización del componente o cajas, y use un amplificador de la potencia adecuada.

5. Cómo elegir la potencia del amplificador

Es general, para sonorización, se debe elegir un amplificador cuya potencia de salida esté por encima del aguante de potencia del altavoz. Esto se debe a que un amplificador sólo entrega la potencia especificada con señal senoidal, y entrega mucha menos potencia para una señal real con dinámica.

Por ello, se recomiendan amplificadores que entreguen un 50% más de potencia que la potencia media (RMS) del altavoz. Por ejemplo, para una caja de 450W, podríamos usar un amplificador que entregara 700W. Si utilizamos un amplificador pequeño, no obtendremos el nivel suficiente ni la sensación (de nivel) suficiente, así que tenderemos a saturar el amplificador y con ello pondremos en peligro la integridad del altavoz. Esto es solamente una norma general, que puede tener que modificarse en función de las aplicaciones concretas (por ejemplo, no es infrecuente encontrar relaciones de 2:1 para las vías de agudos dada su mayor dinámica y por no resultar caro este sobredimensionamiento) y otros factores (como puedan ser lo conservador o no de la cifra de potencia admisible especificada por el fabricante).

NOTA: Esta recomendación es para aplicaciones de refuerzo sonoro. En otras aplicaciones las relaciones son diferentes e incluso contrarias; por ejemplo, en un combo de guitarra la potencia del altavoz ha de ser muy superior a la del amplificador debido al uso frecuente de grandes dosis de distorsión en el amplificador.

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