¿Cómo producen buenos bajos los audífonos y audífonos si los parlantes diminutos no pueden producir muy bien los sonidos de baja frecuencia?

Es un hecho bien conocido que los altavoces pequeños/diminutos no pueden producir muy bien los sonidos de baja frecuencia. Por el contrario, los altavoces grandes no pueden producir muy bien los sonidos de alta frecuencia. De ahí la necesidad de tweeters y woofers en sus sistemas de altavoces.

Pero, ¿cómo los diminutos parlantes dentro de los auriculares y audífonos producen buenos bajos cuando se colocan sobre/dentro de los oídos? (Debo agregar que no todos lo hacen)

¿Por qué crees que es bueno?
Por bueno, quiero decir que puedo escuchar el rango completo de frecuencias (tanto bajas como altas), como lo haría con un buen sistema de altavoces.
Probablemente porque están literalmente dentro/encima de tus oídos, por lo que producen un sonido muy bueno. Haz este pequeño experimento para confirmarlo. Quítese la cabeza o los auriculares y baje el volumen al máximo. Ponlos lejos de ti y reproduce cualquier sonido. ¿Lo escucharías? Tal vez un poco si todavía tienes buena audición. Ahora haz lo contrario. Ponte los auriculares y baja el volumen a muy poco, unos 10. Pon lo que quieras. ¿Lo oyes? Si lo hace, la teoría es correcta, y si no, entonces no debería usar tanto los auriculares.
La ley del cuadrado inverso debe aplicarse por igual a frecuencias bajas y altas. ¿O me estoy perdiendo algo?
Partiendo de sus preguntas... ¿Qué sucede con el sonido cuando se saca los auriculares de los oídos (quizás a una pulgada de distancia)?
@CaiusJard: Puedes escuchar sonidos metálicos con poco o ningún bajo. La pregunta es: ¿por qué las frecuencias bajas se extinguen pero las frecuencias altas aún llegan desde una pulgada de distancia?
@navigator ¿Alguna vez encontraste una respuesta? Puedo relacionarme con su experiencia aquí de personas que no entienden la pregunta. O gente fingiendo no entender, porque no estaba redactado técnicamente correcto. Estaba haciendo algunas pruebas y los pequeños parlantes de mierda producirán tonos bajos muy bien, así que creo que la verdadera pregunta es "¿Por qué las ondas de presión de baja frecuencia de un nivel de energía dado se disipan más rápido en una distancia dada?" Esto supone que desaparecen más rápido y que no sucede nada más, como que el hablante los está filtrando a propósito, etc.
@navigator Un seguimiento de mi comentario/pregunta. La pregunta real es probablemente: "Usando una cantidad dada de energía de entrada, ¿por qué un objeto que vibra a velocidades más bajas no produce el mismo nivel de volumen percibido desde la misma distancia que el objeto que vibra a velocidades más altas?" Eso debería llegar al corazón de la pregunta y dar cuenta de todas las posibilidades, pero estoy seguro de que encontrarían algo para criticar. Por cierto, ahora estoy empezando a sospechar que la respuesta es que los humanos/la mayoría de los micrófonos simplemente no son tan buenos para escuchar las bajas frecuencias.
@ user353885, todavía no he encontrado una respuesta satisfactoria. Acepto que mi pregunta no fue redactada correctamente. Pero cuanto más lo piensa, las frecuencias altas y bajas se comportan de manera muy diferente en diferentes situaciones, según el tamaño del altavoz, las distancias, etc. Así que sí, todavía no tengo ni idea.

Respuestas (8)

Hay algunas razones por las que los altavoces pequeños tienen problemas para crear graves.

  1. Los graves son directamente proporcionales a la cantidad de aire que puede mover el altavoz. Así que quieres un cono grande que pueda moverse una gran distancia. Eso es difícil de empaquetar en una caja pequeña.
  2. Un altavoz de cono convencional tiene en realidad dos fuentes de sonido: la parte delantera del cono crea una presión positiva mientras que, al mismo tiempo, la parte trasera del cono crea una presión negativa. Estas dos presiones deben separarse, de lo contrario se cancelan entre sí. Es por eso que pones un parlante de bajos en una caja. La caja contiene la presión de la parte posterior del cono. Eso también significa que el altavoz necesita comprimir el aire en la caja y el aire empujará hacia atrás. Cuanto menor sea el volumen de aire en la caja, más fuerte empujará hacia atrás y se requerirá más fuerza para comprimirlo. Curiosamente, un altavoz pequeño gasta una gran parte de su energía para comprimir el aire en la caja, sin irradiar sonido al mundo exterior (que requiere mucha menos energía).
  3. Los altavoces crean una onda esférica donde la presión del sonido cae proporcionalmente a la distancia. Son muy fuertes cuando estás muy cerca, pero la presión del sonido cae MUY rápidamente a medida que te alejas.

Los auriculares y audífonos tienen la ventaja de que están muy cerca de la oreja, por lo que todavía está operando en la parte "MUY ruidosa" de la dependencia de la distancia.

Sentarse sobre la cabeza invierte el problema de la "caja". Solo necesita presurizar un volumen muy pequeño mientras puede ventilar la contrapresión al mundo exterior, que es más grande en comparación. Dado que el volumen es tan pequeño, solo se requiere muy poco movimiento. Una forma de pensar en esto: el altavoz de la habitación necesita presurizar toda la habitación, un auricular solo necesita presurizar el pequeño volumen dentro del canal de aire.

La respuesta de graves tanto para auriculares como para audífonos es muy sensible al sello de aire entre el auricular o el auricular y el cuerpo. Cualquier fuga resultará en alguna cancelación de la presión frontal y trasera. Hay formas de evitar esto con los llamados "auriculares abiertos", pero probablemente sea demasiado profundo para esta respuesta.

Esta respuesta no explica por qué las bajas frecuencias se ven afectadas de manera diferente a las altas.
Acepto @ usuario1079505. ¿Significa esto que nuestros oídos necesitan mucha más amplitud para escuchar frecuencias bajas en lugar de ser muy sensibles a los sonidos de alta frecuencia? ¿O significa que las bajas frecuencias no pueden viajar muy lejos en el aire y, por lo tanto, necesitan un woofer para empujarlas lejos?
Las frecuencias bajas necesitan mover mucho más aire, lo que un cono pequeño no puede hacer muy bien. Por otro lado, las frecuencias altas no requieren mucho movimiento a granel, solo mucha aceleración... en lo que los conos grandes son malos porque son pesados.
¿Por qué las frecuencias bajas necesitan mucho aire para moverse en comparación con las altas? Teniendo en cuenta la misma amplitud (misma cantidad de aire) para frecuencias altas y bajas, ¿por qué las frecuencias bajas se atenúan más a distancias más largas en comparación con las frecuencias altas?
@navigator Las ondas de menor frecuencia necesitan una mayor amplitud para tener la misma energía que una onda de mayor frecuencia. Creo que esto es bastante intuitivo, si imaginas una partícula de aire vibrando de baja frecuencia frente a una de alta frecuencia: esta última claramente tiene más energía cinética en promedio. Una mayor amplitud corresponde a "mucho aire en movimiento". Por supuesto, la respuesta del oído a estímulos de diferentes frecuencias, pero de la misma energía, no es la misma, por lo que tratar la energía como la medida relevante no es del todo correcto, pero debería ser suficiente para esta conversación.
Estoy seguro de que el equivalente acústico de campo cercano frente a campo lejano es relevante aquí. Cuando escuchas el sonido de un altavoz, estás (típicamente) a una distancia de varias longitudes de onda para las frecuencias agudas, pero a menos de una longitud de onda para las frecuencias bajas. De manera similar, los micrófonos tienen una respuesta de graves más fuerte muy cerca. (Estudié un poco de acústica como parte de mi título, pero no recuerdo lo suficiente como para escribir una respuesta adecuada).
Baja frecuencia vs frecuencia media vs alta frecuencia de un altavoz electrodinámico es un tema interesante, pero demasiado complejo para comentarlo. si te interesa haz otra pregunta

En realidad, se debe a que los auriculares se colocan en contacto directo con el oído y, por lo tanto, las ondas de sonido no necesitan viajar muy lejos. La intensidad del sonido disminuye a medida que ( 1 r ) 2 , por lo que disminuye con bastante rapidez a medida que se aleja de la fuente.

Ahora bien, debido a que los auriculares/auriculares no funcionan al aire libre (o con muy poco aire), no necesitan generar tanta energía para producir el sonido que escuchas de los parlantes a distancia. Los auriculares están en estrecho contacto con el tímpano y con poco aire en el medio, por lo que no se necesita un cono de altavoz grande que vibre para crear ondas de sonido de alta amplitud (baja frecuencia) (que oímos como graves) para producir los mismos efectos de sonido que te pones auriculares/auriculares.

Entonces, ¿por qué las frecuencias altas pueden viajar lejos pero las frecuencias bajas no?
@navigator: párese afuera de un salón donde hay una banda tocando, ¡lo primero que escucha es el bajo!
@Tim, que parece contradecir la premisa de la pregunta del navegante.
@Peter-ReinstateMonica cierto, creo que la distancia entre el altavoz y el oído es bastante relevante. En latas y al aire libre.
Creo que escuchar el bajo atronador fuera de una sala se debe simplemente a que los sonidos de alta frecuencia no pueden pasar muy bien a través de paredes y puertas. Considerando un sonido de baja frecuencia y un sonido de alta frecuencia de la misma amplitud, ¿cuál viajará más lejos?
@Tim; Mi banda usa amplificadores de guitarra de 40-60 vatios pero un amplificador de bajo de 550 vatios. Las proporciones aumentan en lugares más grandes.
@JohnHunt: regularmente uso un amplificador de 600 vatios (rms) cuando estoy en el bajo, pero 150 vatios en la guitarra, según las cabinas de los altavoces que use y el vol. cada amplificador está en, y qué tan arriba se enciende el instrumento depende del volumen producido. Pero todos esos factores difieren, por lo que el volumen real tiene poca relación con las salidas de los amplificadores. No entiendas tu punto.
@navigator - ¡buena pregunta! ¡pregúntalo!
@navigator - en ese caso, exactamente. Se trata de penetración y frecuencia, que en este caso es inversamente proporcional. En pocas palabras, a medida que aumenta la frecuencia del sonido, la penetración disminuye, incluso a través del aire. Las ondas de radio también son así. A medida que obtenemos frecuencias cada vez más altas como 5G, se requieren más antenas distribuidas porque la señal simplemente no puede viajar tan lejos. Sin embargo, creo que este es un tema completamente diferente a su pregunta original sobre auriculares pequeños que producen bajos de buena calidad, que ha sido respondida bastante bien.
@navigator, incluso si no hay paredes (un concierto al aire libre), escuchará el bajo antes que cualquier otra cosa. Los mismos principios se aplican tanto si se trata de paredes como de aire.

Las ondas sonoras son ondas de presión. Al aire libre, el volumen de aire que debe mover para producir una compresión determinada es proporcional a la longitud de onda. Pero en un espacio confinado de extensión mucho menor que una longitud de onda, solo se necesita mover el aire en ese espacio confinado, por lo que se obtiene la misma compresión para el mismo movimiento de aire, independientemente de la longitud de onda.

Gracias, pero esto no explica la diferencia en el nivel percibido de frecuencias altas y bajas a diferentes distancias. Considerando la misma amplitud de frecuencias altas y bajas, ¿por qué las frecuencias bajas se disipan más rápido en algunos casos? Sostenga los auriculares a una distancia corta y podrá escuchar claramente los sonidos metálicos de alta frecuencia sin graves.

Entonces, no soy un experto, pero leí sobre esto hace algunos años en un libro fascinante llamado How Music Works (no de David Byrne), y explicaba cómo suena una frecuencia fundamental dada (su primer armónico, la frecuencia que usaríamos para identificar una nota en particular), será reconocido por nuestro cerebro como la frecuencia fundamental, incluso si solo están presentes los otros armónicos, mientras que falta el primero, lo que puede permitir que los pequeños altavoces con poca capacidad para reproducir sonidos de baja frecuencia reproduzcan un bajo. nota sin necesidad de reproducir la frecuencia fundamental.

El libro usa A 2 como ejemplo porque su frecuencia fundamental es 110 Hz y es un número agradable y fácil. Eso hace que su segundo armónico sea de 220 Hz y su tercero de 330 Hz, etc. Y en una nota normal, escuchamos todos estos armónicos a la vez pero de una manera que se repite a 110 Hz, por lo que siempre podemos identificarlo como esa frecuencia fundamental.

Permítanme citar algo de esto antes de destrozar por completo la explicación:

Todas estas vibraciones (con muchas otras) suceden al mismo tiempo, como una danza compleja que repite un ciclo completo en la frecuencia más baja involucrada: 110 Hz.

Algo de esto también se explica en wikipedia.

Los instrumentos musicales con tono a menudo se basan en un resonador acústico, como una cuerda o una columna de aire, que oscila en numerosos modos simultáneamente. En las frecuencias de cada modo de vibración, las ondas viajan en ambas direcciones a lo largo de la cuerda o columna de aire, reforzándose y cancelándose entre sí para formar ondas estacionarias. La interacción con el aire circundante provoca ondas sonoras audibles, que se alejan del instrumento. Debido al espaciamiento típico de las resonancias, estas frecuencias se limitan principalmente a múltiplos enteros, o armónicos, de la frecuencia más baja, y dichos múltiplos forman la serie armónica.

El tono musical de una nota generalmente se percibe como el presente parcial más bajo (la frecuencia fundamental), que puede ser el creado por la vibración en toda la longitud de la cuerda o la columna de aire, o un armónico más alto elegido por el ejecutante.

Entonces, más del libro en cuanto a cómo esto se relaciona con la pregunta en cuestión:

Mira esta colección de frecuencias. Juntos forman nuestro viejo amigo la nota A2, que tiene una frecuencia fundamental de 110Hz:

110 Hz, 220 Hz, 330 Hz, 440 Hz, 550 Hz, 660 Hz, 770 Hz, etc.

Como saben, el timbre de un instrumento se compone de las distintas sonoridades de estos ingredientes dentro de la forma ondulada. Sea cual sea la mezcla de ingredientes, nuestro cerebro la reconoce como una nota con una frecuencia global de 110 Hz. Incluso si el componente más fuerte y ruidoso fuera 330 Hz, el patrón general solo completaría su baile 110 veces por segundo, por lo que la frecuencia fundamental es 110 Hz.

Más:

En lugar de ser solo un contribuyente menor al sonido, es posible que uno de los armónicos sea completamente silencioso. Si, por ejemplo, la frecuencia de 770 Hz estuviera completamente ausente, aún escucharíamos los armónicos restantes como parte de una nota que tiene una frecuencia fundamental de 110 Hz. Esto se debe a que solo 110 Hz puede ser la cabeza de una familia que incluye 110 Hz, 220 Hz, 330 Hz, etc. Podríamos tener varios de los armónicos en silencio, y aún así la frecuencia fundamental sería de 110 Hz.

Ahora, un poco: incluso podemos eliminar el primer armónico, el fundamental, 110 Hz, y el tono fundamental de la nota que escuchamos seguiría siendo 110 Hz. Esto suena un poco loco, pero es perfectamente cierto. Si escucha la siguiente colección de frecuencias: 220 Hz, 330 Hz, 440 Hz, 550 Hz, 660 Hz, 770 Hz, etc., la escuchará como una nota con una frecuencia fundamental de 110 Hz, aunque el sonido no contenga esa frecuencia .

Y juntándolo:

Hoy en día es posible obtener frecuencias ridículamente bajas de altavoces pequeños utilizando la idea de 'falta fundamental'. Digamos que su parlante no hará mucho en frecuencias de menos de 90 Hz, pero desea escuchar la nota A 1 claramente, y tiene una frecuencia de 55 Hz. Si alimenta los armónicos de 55 Hz a su altavoz sin la fundamental (es decir, 110 Hz, 165 Hz, 220 Hz, 275 Hz), escuchará 55 Hz alto y claro, aunque la frecuencia más baja a la que se mueve su altavoz es de 110 Hz.

El llamado fenómeno de "falta fundamental" es de hecho algo que se ha descrito en psicoacústica. Además, se ha utilizado en la industria del audio (complementos de mejora de música y electroacústica, solo por mencionar algunos) para agregar presencia de graves en una mezcla. Este es uno de los métodos básicos utilizados por los pequeños reproductores de MP3 para agregar graves en una pista sin sobrecargar sus amplificadores y/o sistema electroacústico (auriculares).

Mi conjetura es que una cosa importante aquí son los efectos de campo cercano.

Parte del problema de la emisión de graves de los altavoces pequeños es el efecto del cortocircuito acústico . A medida que se mueve la membrana, el aire se mueve alrededor de la membrana, cancelando la emisión en el campo lejano.

(Las cajas bass reflex son una forma de mitigar esta limitación).

Los auriculares lo mitigan al tener material de amortiguación en el camino del cortocircuito acústico. (Como la oreja en el caso de los parlantes internos, o la orejera para los audífonos normales). Además, la distancia entre la oreja y el parlante está en la escala del tamaño de la membrana, y en esas distancias cortas el campo cercano componentes del campo acústico (que caen con potencias más altas que 1 / r 2 ). Este es el movimiento de partículas que está causando el cortocircuito acústico: cae rápidamente a medida que aumenta la distancia, pero contribuye a la presión cerca de la membrana.

La escala de longitud donde los efectos de campo cercano son relevantes está relacionada con la longitud de onda, por lo que las escalas de longitud en las que los efectos de campo cercano son relevantes son diferentes para las partes de alta y baja frecuencia.

Desafío su premisa de que los altavoces pequeños/diminutos no pueden producir muy bien sonidos de baja frecuencia.
Pueden hacerlo perfectamente bien, solo que no a los volúmenes que necesita en los altavoces independientes.

Cuando se usa sobre o dentro de la oreja, no necesita mucho volumen y esa es la razón simple por la que los audífonos y audífonos producen buenos bajos.

Gracias, estoy de acuerdo en que los altavoces pequeños pueden producir bien las bajas frecuencias. Pero esto no explica la diferencia en el nivel percibido de frecuencias altas y bajas a diferentes distancias. Considerando la misma amplitud de frecuencias altas y bajas, ¿por qué las frecuencias bajas se disipan más rápido en algunos casos? Sostenga los auriculares a una distancia corta y podrá escuchar claramente los sonidos metálicos de alta frecuencia sin graves.

Para tratar de resumir lo que otros han dicho:

Las frecuencias altas requieren un altavoz para presurizar pequeñas cantidades de aire rápidamente. Las bajas frecuencias requieren un altavoz para presurizar mucho aire más lentamente. Un parlante para auriculares maneja ambos trabajos para el pequeño volumen de aire en su canal auditivo. Sin embargo, en un espacio grande, debe mover mucho más aire, lo que significa que necesita altavoces más grandes para tonos bajos. Pero esos parlantes no son buenos para moverse rápido, por lo que también necesita parlantes pequeños para los tonos altos.

La caída a lo largo de la distancia no es particularmente relevante en ninguno de los dos escenarios.

Imagínese que es una persona pequeña parada frente al auricular. Producirá sonidos graves así como sonidos de alta frecuencia. Si te paras muy cerca de la pieza, los sonidos graves se sentirán en tu estómago como lo hace un altavoz de gran tamaño en el mundo de los adultos. Pero debido a los movimientos relativamente grandes involucrados en el sonido del bajo, disipará su energía rápidamente en el aire. Es por eso que no escuchas los graves si mantienes el auricular lejos de tu oído. Así como los sonidos graves desaparecen o se desvanecen si escucha cajas de música de tamaño normal desde lejos.

Definitivamente tengo experiencia en que los auriculares alejados del oído suenan "metálicos" porque faltan las frecuencias bajas. Pero si hay música a todo volumen en la calle, son los graves los que me llegan, no los agudos. Creo que el problema tiene más que ver con la adaptación de la impedancia acústica que con la extinción en el aire.
@rob Eso es porque en la calle todavía está cerca del sonido y se le da más energía al bajo.
Estoy de acuerdo con el comentario de Rob. En realidad, las frecuencias bajas se "disipan" (creo que atenuadas es más apropiada aquí) menos que las frecuencias altas en el aire. La única forma en que las frecuencias altas "superan" a las frecuencias bajas en amplitud es mediante el confinamiento en un ángulo estereorradián más pequeño, es decir, la directividad. Incluso entonces, la energía se disipa prácticamente de la misma manera, pero parece que las frecuencias altas viajan más lejos porque toda su energía está confinada en este ángulo, en contraste con las frecuencias bajas, que tienden a ser de naturaleza omnidireccional (omitiendo las técnicas de procesamiento de matriz). aquí).
@ZaellixA Hay una mayor amplitud en los graves, altavoces más grandes. Si tuviera la misma energía no llegaría tan lejos. Un parlante de bajos puede hacer vibrar tu estómago. Un tono alto no puede. Aunque puede romper un vaso.
@Felicia No estoy seguro de dónde basa esta afirmación. Que yo sepa, los mecanismos de disipación muestran que las frecuencias altas se atenúan más que las frecuencias bajas en el aire. Por supuesto, puedo estar equivocado, pero esto es lo que sugiere mi conocimiento en el campo. En cuanto al movimiento del estómago y la rotura del vidrio, esto tiene más que ver con las resonancias que con el contenido de energía pura, tal como entiendo los fenómenos. Sugiero que no continuemos esta conversación aquí ya que los comentarios no están destinados a usarse de esta manera. Sin embargo, estaría encantado de continuar esto en el chat privado.
¿Cómo producen buenos bajos los audífonos y audífonos si los parlantes diminutos no pueden producir muy bien los sonidos de baja frecuencia?
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