¿Por qué los altavoces de los auriculares suenan "metálicos" cuando están lejos del oído?

Question

Para mí, es contrario a la intuición: debería estar escuchando más sonidos de baja frecuencia (bajos) a una distancia mayor de un altavoz de auriculares (como cuando solo escucho los bajos al estar afuera de un club), porque los bajos viajan más lejos y los sonidos de alta frecuencia se absorben más fácilmente en el camino hacia el oído.

Pero, por supuesto, suena como si los bajos estuvieran completamente ausentes cuando los auriculares están lejos del oído, y suena como si solo los sonidos de muy alta frecuencia sobrevivieran.

¿Cuál es la física detrás de esto - por qué los auriculares suenan más 'metálicos' cuando la distancia del oído aumenta?

Answer 1

Los altavoces de un auricular se acoplan pobremente al espacio tridimensional lleno de aire, es decir, hay una severa desadaptación de impedancia entre el cono del altavoz diminuto en la copa del oído y el aire que está a más de un diámetro de cono de distancia, para las bajas frecuencias. Esto significa que si sostienes los auriculares a la distancia de un brazo, todo lo que tus oídos escuchan es la parte de agudos con chisporroteo de la salida de audio.

Para escuchar los graves necesitas estar en el campo cercano del altavoz diminuto, lo que en términos prácticos significa que la distancia desde el cono del altavoz hasta tu oído es menor a un diámetro de cono. En este régimen, el movimiento del cono se acopla bien a tu tímpano y los graves se escuchan fuertes y claros.

Para obtener un buen acoplamiento y, por lo tanto, una buena radiación de potencia de sonido en bajas frecuencias en una habitación grande, se requiere reemplazar el altavoz diminuto por uno de mayor diámetro; cuanto más grande, mejor. Por eso, los sistemas de refuerzo de sonido grandes utilizan altavoces especiales con diámetros de 15" o incluso 18" para obtener una buena respuesta de graves, incluso si tu oído está a 50 pies del cono del altavoz.

Answer 2

La respuesta dada anteriormente que enfatiza la importancia del campo cercano es incorrecta. El razonamiento ahí es una aplicación ciega de la teoría acústica sin comprensión física básica del caso particular en cuestión.

Esa respuesta se puede refutar simplemente montando primero los auriculares y escuchando música con tonos de bajo, y luego abriendo ligeramente el sellado entre los auriculares y el lado de tu cabeza. Los tonos de bajo reducen inmediatamente su volumen, aunque no hayas modificado mucho la distancia entre tu oreja y el altavoz (campo cercano). Este resultado ilustra que una explicación correcta debe incluir el hecho del volumen de aire sellado contenido entre los auriculares y tu tímpano.

Una mejor respuesta es que las frecuencias bajas pueden aumentar y disminuir periódicamente la presión del aire dentro del volumen mucho más que las frecuencias más altas, simplemente porque la amplitud de vibración del altavoz es mayor para las frecuencias bajas que para las altas. Cuanto mayor es la frecuencia, menos se mueve el altavoz, lo que causa menos presión de aire en el volumen. Cuanto menor es la frecuencia, más compresión del volumen de aire. De hecho, si las frecuencias están por debajo de aproximadamente 20 Hz, no puedes oír el tono, pero sí puedes sentirlo físicamente, lo que podría mejorar el disfrute general de la música. Aunque no muchos auriculares tienen respuestas de frecuencia tan bajas.

Por lo tanto, podemos decir que el volumen de aire sellado acopla acústicamente el altavoz del auricular a tu tímpano, y la cantidad de acoplamiento depende de la frecuencia.

Lo mismo ocurre con los auriculares. ¿Alguna vez te has preguntado por qué los auriculares pueden producir gran parte de las mismas frecuencias bajas que los grandes altavoces de graves? Esta es la razón. Es el acoplamiento entre el altavoz en el auricular y tu tímpano, a través del volumen cerrado de aire en el canal auditivo. Los auriculares contienen un mecanismo de acoplamiento que los altavoces de graves no tienen.

Answer 3

Una posible razón parcial por la cual solo las altas frecuencias son audibles podría ser debido a la capacidad auditiva humana.

Los contornos de igual intensidad en este enlace wiki muestran claramente que en frecuencias más bajas, nuestros oídos necesitan una mayor intensidad de sonido para percibir el mismo nivel de volumen en comparación con las frecuencias más altas. Además, a medida que la intensidad disminuye, son las frecuencias más bajas las que se ven más afectadas.