Misterio de la energía del altavoz

En todo lo que sigue, suponga que cada arreglo de altavoces tratado aquí tiene una impedancia adecuada para la fuente de alimentación que lo impulsa. Esto es esencial para comparar correctamente el rendimiento de los diferentes arreglos de altavoces que mencionó.

El error de tu análisis es que "dos altavoces consumen el doble de energía que un solo altavoz". Esto no es verdad. Lo cierto es que dos altavoces son CAPACES DE DISIPAR EL DOBLE DE POTENCIA que un solo altavoz. Si la impedancia del sistema de dos bocinas es de 8 ohmios y la del sistema de una bocina es de 8 ohmios y los maneja a ambos con el mismo amplificador, se disipará la misma energía eléctrica en cada caso y ambos sistemas irradiarán la misma cantidad. de potencia acústica. Sin embargo, el sistema de dos altavoces logrará esto con menos amplitud de desplazamiento del cono, como han señalado otros aquí.

¿Por qué ejecutar un sistema con dos altavoces en lugar de uno? Porque si un altavoz tiene una potencia de entrada máxima de 50 vatios, entonces dos pueden manejar 100 vatios, pero no disiparán 100 vatios de potencia si están siendo alimentados por un amplificador de 50 vatios.

De manera similar, si tenemos un amplificador con una potencia de salida de 50 vatios y lo conectamos a un sistema de altavoces con dos altavoces, entonces cada altavoz individual ve una fuente de 25 vatios (¡NO 50 vatios!), y un solo altavoz, por supuesto, vería el salida completa de 50 vatios.

El "en fase" -ness depende de la posición del receptor. Si bien hay posiciones en las que obtendría el doble de amplitud, también hay posiciones con amplitud cero.

La pregunta no está formulada del todo bien. Sin embargo, creo que la pregunta alude a algo que estoy convencido de que es incorrecto y, sin embargo, es una suposición común con ciertos cruces de altavoces. En particular, con los cruces de Linkwitz-Riley, cada altavoz está a -6 dB en el punto de cruce (donde el SPL y la potencia acústica son idénticos para ambos). La afirmación que veo a menudo es que suman 0 dB, lo que supuestamente sucede porque están en fase. Esto no tiene sentido. Cada uno está produciendo energía al 25% de la cantidad nominal; el total será 50% o -3db. Con cualquier cruce LR, los dos parlantes serán coherentes pero habrá una caída de -3dB en el punto de cruce.

En un libro popular sobre el diseño de altavoces que ha pasado por más de una docena de ediciones desde que se publicó por primera vez hace varias décadas, el autor afirma que cuando se colocan dos altavoces en lugar de uno, la potencia acústica aumenta en +6 dB. Es tan descuidado en sus afirmaciones que ni siquiera aclara si esto sucede cuando se duplica la energía eléctrica (están conectados en paralelo) o qué es exactamente. Independientemente es incorrecto. Es de suponer que cuenta con +3 dB de la duplicación de la energía eléctrica, y piensa que otros +3 dB provienen de otra cosa. El esta confundido. La única forma en que la potencia acústica se cuadriplicará cuando dos parlantes estén conectados en paralelo es si la potencia de cada parlante se duplica, lo que requiere aumentar el nivel de señal suministrado a cada parlante por un factor de 1,41 (la raíz cuadrada de 2). Si el voltaje suministrado a un controlador individual aumenta por este factor, la potencia aumentará por el cuadrado de este factor (porque la corriente aumentará de manera similar por ese factor), es decir, la potencia se duplicará, y si hace lo mismo para dos controladores, combinados la potencia aumentará en un factor de 4 (+6dB). El autor de ese popular libro ha creado muchos malentendidos.

Hay más carga funcional en una persona para realizar una tarea en comparación con la misma tarea que deben realizar dos personas juntas.

En el caso de su problema, podemos usar la misma analogía anterior.

Para producir el doble de amplitud, hay más carga en un solo altavoz. Más de sus componentes se utilizan ampliamente, lo que resulta en más fricción, pérdida de calor, lo que resulta en un mayor consumo de energía (cuadruplicado en su caso). Pero cuando divide la misma tarea entre dos altavoces, se utilizan menos componentes de cada altavoz y, por lo tanto, hay menos fricción, existe pérdida de calor y, por lo tanto, se consume menos energía (el doble en su caso).

Creo que simplemente puede decirlo así...: La eficiencia de un altavoz aumenta con el área de su diafragma. Entonces, con dos altavoces, tiene el doble de potencia (+3dB) Y el doble de eficiencia (+3dB).

...O esto:

Si hay 2 parlantes, cada uno irradia su energía a solo la mitad del espacio de un solo parlante. Entonces la intensidad en un punto aleatorio se duplicaría.

Es gracioso que digas que es un misterio, por supuesto que no lo es. De hecho, está en perfecto acuerdo con la física, y sus tres afirmaciones son perfectamente correctas.

Tu confusión surge porque estás confundiendo Amplitud e Intensidad. La intensidad es proporcional a$A^2$, que se puede ver fácilmente en cualquier capítulo de ondas de la mecánica.

La intensidad es la potencia dividida por la superficie. La onda está destinada a ser una onda esférica, por lo que las superficies crecen como$4\pi r^2$. En suma

$I= \frac{P}{4\pi r^2} \propto A^2$

Por lo tanto, es perfectamente correcto que, si duplica la amplitud, tendrá 4 veces la potencia consumida. Si tuviera tres veces la amplitud, obtendría 9 veces el consumo de amplitud normal.

Si agrega dos altavoces, solo está sumando un sistema idéntico. La energía es una cantidad extensiva, por lo que simplemente se suman. Dos sistemas = dos veces la energía de un sistema (si son iguales).

Finalmente, tu tercer punto, sí, el sonido es una onda, entonces las amplitudes se suman cuando coinciden en el mismo punto. Si dos máximos coinciden, entonces tendrás el doble de amplitud (y por lo tanto 4 veces la intensidad)