¿cuánta energía se requiere para crear un sonido con frecuencia y amplitud constantes?

Eso es imposible de responder con la información dada. Primero, ese 60dB no tiene sentido sin una ponderación y distancia desde el altavoz. Incluso entonces, a menos que se encuentre en un campo libre, entran en juego factores acústicos y ambientales. Finalmente, depende de la sensibilidad del altavoz, la eficiencia del amplificador y del resto del sistema electrónico. Averiguar cuánto poder requiere no es una tarea trivial o valiosa. En el mundo real, dale el doble de lo que crees que tomará y deja que la física se ocupe del resto.

Si por 60dB quiere decir 60 dB SPL (nivel de presión de sonido), entonces la potencia emitida por un isotropic altavoz 1 metro lejos estará 71dB de potencia de sonido. Si la distancia se duplica a 2 m, para escuchar la misma SPL de 60dB se requiere que el altavoz produzca un nivel de potencia de sonido de 77 dB.

Luego viene la directividad, Q eche un vistazo a esto: -

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Este altavoz tiene una directividad de 8 y si se cambió por el altavoz isotrópico, a una distancia de 1 metro, un SPL de 60dB requiere una potencia de sonido de 62dB.

Así que inmediatamente hay dos extremos de la escala. Por un lado, podría ser un emisor isotrópico que requiera una potencia de sonido de 71 dB o un altavoz escondido en un rincón de una habitación; esto debe producir 9 dB menos de potencia o, en términos reales, alrededor de la décima parte de la potencia.

Directividad, Q versus frecuencia. Aquí hay una cita: -

  

Los altavoces también varían ampliamente en directividad en función de la frecuencia. UNA   El altavoz puede tener una Q de 12 a 2kHz, es probable que el   el valor de directividad bajaría a una Q de 4 a 500Hz y tan bajo como Q   de 1 a 125Hz.

Tomado de este sitio web .

A continuación, debes tener en cuenta la eficiencia de los altavoces. Aquí hay otra cita: -

  

• Los altavoces domésticos típicos tienen sensibilidades de aproximadamente 85 a 95 dB para 1 W @ 1 m, una eficiencia de 0.5 a 4%.
  
• Los refuerzos de sonido y los altavoces de megafonía tienen sensibilidades de 95 a 102 dB para 1 W @ 1 m, una eficiencia de   4-10%.
  
• Los oradores de conciertos de rock, de estadio, de marinos, etc. generalmente tienen una sensibilidad más alta de 103 a 110 dB para 1 W @ 1 m, una eficiencia   del 10-20%.
  

Tomado de aquí . Lo anterior cubre un rango de eficiencia del altavoz de 40: 1 en los extremos.

Luego debes considerar el tipo de amplificador que estás utilizando. Puede ser un amplificador de clase A (< 50% de eficiencia) (como lo prefieren los audífilos, dios los bendiga) o puede ser un tipo de clase D (quizás un 90% de eficiencia).

Todos estos son factores.

Básicamente, estás preguntando: ¿cuánta potencia es 60dB? Los decibeles vienen en varios sabores, solo miden el registro de una proporción con una referencia. Los decibelios acústicos se calculan generalmente en términos de nivel de presión acústica, o dB SPL. Y esa pregunta no puede ser respondida con SPLs. $$ L_ {dB} = 10 \ log_ {10} \ frac {X} {X_ {ref}} $$

dB SPL son en realidad una medida de la presión que se ejerce sobre el oído de una persona, o en Pa (N / m²). Puede estimar la cantidad de energía emitida desde una fuente dada la cantidad de presión que hay en el oído de esa persona y qué tan lejos están de la fuente al asumir una distribución isotrópica del sonido de la siguiente manera: $$ \ text {dB SWL} = \ text {dB SPL} + 10 \ log_ {10} \ left (4 \ pi r ^ 2 \ right) $$ ( fuente ) Sin embargo, la isotropía nunca ocurre y la distribución real del sonido está sujeta al ambiente (viento o lluvia, objetos que reflejan el sonido, ...).

Aún así, esta es la potencia de una fuente ideal (tenga en cuenta el decibelio de potencia de sonido, en comparación con 1 picowatt). En la práctica, el altavoz tendrá alguna ganancia asociada (o, mejor dicho, atenuación) que es el resultado de la muy pequeña eficiencia de ese convertidor de sonido de la electricidad, y también del controlador de ese altavoz. Eventualmente, esto le dará la "potencia de entrada" para su figura de "presión de sonido". ¡Pero eso es mucho más datos para tener en cuenta, con resultados aproximados!

Finalmente, tenga en cuenta que la frecuencia salta para 1) el efecto de esa variación de presión de sonido en la persona: los oídos son sensores que tienen su propia respuesta de frecuencia mecánica (y por lo tanto de ancho de banda), por lo que, dependiendo de los niveles de dolor de frecuencia, por ejemplo será diferente 2) Las ganancias / atenuaciones del altavoz y del controlador del altavoz dependen de la frecuencia (y en realidad también de la atenuación del aire).

La energía no es lo mismo que la energía, es energía por unidad de tiempo . La cantidad de energía necesaria depende de cuánto tiempo desea que se reproduzca el sonido. Preguntó cuánto potencia necesitaría para producir 60dB a 300Hz, así que ...

La respuesta es muy simple, pero inútil. dB es una medida de la potencia relativa. Suponiendo un nivel de referencia común, y que toda la energía eléctrica se utiliza para producir el sonido, para producir 60dB de potencia de sonido, ¡simplemente necesita 60dB de potencia eléctrica!

¿Pero qué significa eso en la práctica? Para obtener potencia real necesita definir sus niveles de referencia. Los niveles de la señal eléctrica generalmente se especifican en dBm , que es relativo a 1mW. La potencia acústica en el aire generalmente se mide en dBSPL, que es relativa a 1pW. Por lo tanto, un nivel de potencia de sonido de + 60dB corresponde a un nivel de potencia eléctrica de -30dBm (1uW).

Genial, así que es posible que solo necesite 1uW para producir un nivel de sonido de 60dB. No exactamente. En primer lugar, la cantidad de sonido que llega a un punto particular en el espacio depende de lo lejos que esté de la fuente, el patrón de radiación del altavoz y la caja, y la absorción por el aire (que varía con la humedad, la temperatura, la frecuencia, etc.) . En segundo lugar, los oradores del mundo real tienen una eficiencia muy baja y poco definida, por lo que incluso teniendo en cuenta todos los demás factores, los resultados seguirán siendo inútiles.

Sin embargo, no es necesario conocer la eficacia del hablante para obtener una respuesta útil. Los altavoces suelen ser calificados por sensibilidad , que es el nivel de sonido producido a una distancia de 1 m con 1 W de entrada poder. Un altavoz de audio pequeño típico puede producir 90dB desde 1W. En comparación, 60dB es -30dB o 1000 veces menos, por lo que para producir 60dB necesitaría 1mW.

La sensibilidad del hablante generalmente se especifica como un promedio en un rango de frecuencias. Para obtener una respuesta más precisa para una frecuencia particular, debe examinar (o medir) la respuesta de frecuencia del hablante. La siguiente gráfica muestra la respuesta de frecuencia de un altavoz típico de 76 mm (2 "). A 300 Hz Produce 91dB desde 1W, por lo que debería necesitar poco menos de 1mW para producir 60dB. Tenga en cuenta que la respuesta puede ser bastante diferente cuando el altavoz se coloca en un recinto.