“CSD”, o cómo saber algo de la respuesta temporal de un altavoz…

Decaimiento Acumulativo del Espectro

Normalmente cuando un fabricante muestra la respuesta de un altavoz, ofrece las gráficas de su respuesta en frecuencia, o lo que es lo mismo, el espectro de la respuesta del altavoz, que son gráficas del tipo de la que vemos en la imagen a continuación.

Esta respuesta en frecuencia nos da información muy útil, ya que indica el nivel de potencia que dará el altavoz para las diferentes frecuencias cuando se le hace reproducir señales estacionarias de misma potencia a diferentes frecuencias.

Peerless NE123W respuesta en frecuencia
Respuesta en frecuencia dada por el fabricante Peerless para uno de sus altavoces (NE123W)

Para obtener esta gráfica de respuesta en frecuencia, el laboratorio introduce como señal de entrada al altavoz una serie de señales sinusoidales de diferentes frecuencias y misma potencia (o un barrido de ellas). Y una vez el altavoz está reproduciéndolas, una vez se ha establecido la reproduccion de cada una de estas señales en el altavoz, es entonces cuando miden con un micrófono cuanta potencia da a su salida el altavoz para esas diferentes entradas. Pero, ¿qué ocurre justo cuando esas señales comienzan y justo cuando acaban? ¿Cómo se comporta un altavoz en ese momento inicial y final?…

La respuesta temporal del altavoz

Respuesta temporal de un altavoz

La respuesta temporal se refiere a cómo se comporta un altavoz si observamos su respuesta a lo largo del tiempo, y no sólo en el dominio de la frecuencia, como suele hacerse.

Cuando analizamos qué ocurre cuando se deja de introducir una señal a la entrada de un altavoz, vemos que durante unos instantes, este todavia sigue oscilando a según que frecuencias: el altavoz ha almacenado energía y ésta se queda excitando el sistema durante unos instantes, aunque ya no se le este introduciendo señal al altavoz a su entrada. Este es un comportamiento particular de cada altavoz, y que no está reflejado en las gráficas de respuesta en frecuencia que dan los fabricantes.

Algo similar ocurre también justo en el momento inicial, cuando justo el altavoz arranca de estar parado, y comenzamos a excitarlo con una señal a su entrada. Durante unos instantes transitorios la amplitud de su respuesta no será todavia la declarada en sus gráficas de respuesta.

Estos comportamientos al inicio de cada excitación y al final, afecta más de lo que pensamos a la fidelidad del sonido reproducido por un altavoz. Y no ocurre sólo cuando comienza a moverse o se para, sino que ocurre también cada vez que varía la amplitud del movimiento del altavoz… por lo tanto con la música ocurre mucho, ya que la música varía en todo momento la amplitud y carácter de sus pasajes, incluso puede ocurrir varias veces en 1 solo segundo, ya que la musica no son señales estacionarias, sino principalmente transitorias.

Forma de Onda de fragmento musical
Como se observa en esta forma de onda de un fragmento musical de pocos segundos, hay multitud de grandes variaciones de amplitud. Este tipo de variaciones están ocurriendo en todo momento, en toda la música humana.

Viendo que las variaciones de amplitud ocurren en todo momento en la música, es fácil llegar a la conclusión de que si sólo vemos la gráfica de respuesta en frecuencia que suelen dar los fabricantes de los altavoces, nos estamos perdiendo una información muy importante, que es el comportamiento temporal de los altavoces ante variaciones transitorias. Ignorar esto, entre otras cosas, trae la consecuencia de que altavoces que tienen una grafica de respuesta muy similar en apariencia, cuando los oimos haya una gran diferencia en sus sonidos: entre otras cosas su respuesta temporal es diferente, y esta es una información que no nos estaba dando su gráfica de respuesta.

 

El Decaimiento Acumulativo del Espectro (CSD en inglés)

Medir esta respuesta temporal de un altavoz no es trivial, ya que está determinada por diferentes aspectos, independientemente medibles entre ellos. Una de las pruebas que contribuyen a describir la respuesta temporal de un altavoz, entre otras, es el “Decaimiento Acumulativo del Espectro” o CSD.

Loudspeaker WaterfallEsta prueba (CSD) determina cómo se comporta el altavoz a las diferentes frecuencias, justo cuando se deja de excitar. La energía acumulada en ciertas bandas todavía sigue resonando en el transductor por diferentes razones, haciéndolo oscilar por unos instantes, a pesar de que ya no hay señal a su entrada. Esta energía decae progresivamente hasta consumirse completamente a las diferentes frecuencias, y el altavoz termina deteniéndose del todo.

El altavoz ideal sería el que, al dejar de ser excitado a su entrada, se detuviera por completo, inmediatamente, sin acumular ningún tipo de energía. Pero esto no ocurre asi en ningun altavoz. En unos ocurre más, en otros menos… en unos ocurre más a unas frecuencias, en otros ocurre más a otras… y esto aporta una falta de definicion al sonido, una falta de fidelidad, y añade un carácter propio según sea esta energía remanente en las diferentes frecuencias. El resultado es una fidelidad siempre menor a la del que sería el altavoz “ideal”.

 Ejemplo de CSD:

CSD Decaimiento acumulativo del espectro
Al fondo se observa la respuesta en frecuencia del altavoz cuando se está introduciendo señal a su entrada (en rojo). Seguidamente cesa la señal, y es desde el fondo hacia adelante cuando vemos que, según transcurren los milisegundos, todavia se ve señal a diferentes frecuencias, y que se va mitigando según avanzamos hacia adelante. Curioso: cuando cesa la señal de entrada, el altavoz todavia suena unos instantes a diferentes frecuencias…

Al leer el pie de foto, se ve lo interesante de esta medición. Si queremos reproducir la musica con fidelidad, y la señal de entrada “para”, el altavoz deberia dejar de sonar del todo. Pero vemos que realmente no ocurre asi…

Y no nos engañemos pensando que: “bueno, esto ocurrirá solamente cuando se para la música…”. No es asi. Esto esta ocurriendo en todo momento, en todo instante el altavoz está almacenando esta energia que resuena en él y que será más o menos perceptible en cada cambio de amplitud o movimiento de la música. La prueba CSD se hace parando la musica en “seco” para poder representar perfectamente cuánta y como es la energia que resuena en cada altavoz.

¿Cómo interpretar el CSD?

Como vemos en el ejemplo de arriba, la energía que se acumula en los altavoces no es igual a todas las frecuencias, y además, no dura lo mismo en todas las frecuencias.

Veamos un extracto de la mucha información que se puede sacar de este tipo de gráficas, con un par de ejemplos.

Ejemplo 1: tweeter Vifa XT25SC50

CSD Vifa XT25

Ejemplo2: tweeter Fountek NeoCD2.0

CSD Fountek NeoCD2.0

Lo primero que se observa en los CSD de ambos altavoces, es que por debajo de unos 3 KHz, hay unas grandes acumulaciones de energia, que tardan más de 1 ms en atenuarse tras la parada de la señal de entrada. En este caso, al tratarse de tweeters que se dedicarán a reproducir agudos, su comportamiento a frecuencias medio-bajas no es importante, ya que no trabajarán en ese rango gracias a que serán filtrados paso alto previamente. Es por eso que la parte aproximada de interés, en estos drivers, podría considerarse desde 2-4 KHz para arriba.

Si nos fijamos en la parte desde 3 KHz para arriba, se pueden observar algunas cosas muy interesantes.

En el Ejemplo 1 llama la atención una acumulación de energía por encima de los 14KHz que tarda bastante en atenuarse. Hasta incluso prolongarse durante casi 2 ms en torno a los 20-30 KHz. Esta ultima parte, no esta en la banda audible por el ser humano (que es hasta los 20 KHz), pero la acumulación entre 14 KHz y 20 KHz que se aprecia en color amarillo y que se prolonga por más de 1 ms con bastante energía sí que será perceptible. De esto se puede extraer que el sonido de este altavoz por encima de 14 KHz podría ser difuso, poco definido.

También se aprecia una acumulación de energía desde los 3KHz hasta los 8KHz aprox, que se termina de atenuar casi 1 ms despues del cese de la señal en el altavoz… Esto indica que su definicion en esta franja también pueda estar comprometida respecto a altavoces que cesen más rapido sus acumulaciones de energía.

En el Ejemplo 2 vemos un resultado bien diferente. Como se observa, la energia acumulada en el altavoz apenas se prolonga 0,50 ms por encima de los 3KHz, atenuándose muy rápidamente después del cese de la señal de entrada. Esto indica una respuesta muy homogénea en toda esa banda de los agudos, y una gran limpieza en su sonido respecto al driver anterior (al menos, en lo referente a la energía acumulada por el altavoz. No se puede olvidar que hay más variables en cuanto a la fidelidad de un altavoz, que no se observan en esta prueba).

Efectivamente, este resultado no es sorprendente, tratándose el altavoz del Ejemplo2 de un driver con una tecnología especial respecto al primero. Este altavoz es un driver de tipo “Ribbon”, una tecnología que permite que la membrana del altavoz sea especialmente ligera, y flote en un campo magnético sin apenas rozamientos mecánicos. Esto permite que apenas acumule energía cinética en su oscilación, y eso confiere al sonido una limpieza y fidelidad dificil de superar en muchos aspectos. Efectivamente, en el gráfico CSD se observa esa poca energía acumulada y la rápida frenada del altavoz por encima de 3 KHz, cuando cesa la señal de entrada.

Conclusión

Las gráficas de respuesta en frecuencia que suelen dar los fabricantes de altavoces, no dan toda la información necesaría para predecir el sonido del altavoz. Obvian muchas características complejas de la respuesta de los transductores, características que a veces son no lineales, y entre las que se encuentran ciertos aspectos de la respuesta temporal.

El CSD da mucha información útil sobre la respuesta temporal de un altavoz, y amplía mucho la dada por las típicas respuestas en frecuencia. Aunque el CSD por si sólo no describe al completo la respuesta temporal de un altavoz, es una prueba muy útil e interesante que a veces algunos fabricantes tienen la valentía de mostrar, y que puede desvelar la limpieza del altavoz en algunos aspectos, y su ausencia de limpieza en otros. Además, su forma y distribución también puede decir mucho sobre los diferentes “caracteres” y “colores” propios del sonido de cada altavoz, y por ende, de su neutralidad.

No se puede obviar que el conocer el CSD dado por el fabricante no asegura que esa será la respuesta real de la que gozaremos en nuestro altavoz. Un amplificador inadecuado, puede empeorar el resultado de nuestro altavoz, y hacer que el CSD real en nuestro equipo sea incluso mayor que el dado por el fabricante…

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Acerca de Diego Ena

Desde siempre he tenido un gran interés por los fundamentos y curiosidades del sonido. Durante mis estudios tuve la suerte de poder hacer una especialización sobre audio, y aunque no me dedico profesionalmente a ello, a día de hoy sigo siendo un gran aficionado. Con este blog espero aportar mi granito de arena a la afición por el interesante mundo del sonido.

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