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• Sebastian Velazquez Dauga

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COMO FUNCIONA UN ALTAVOZ Un altavoz es un transductor que convierte energía eléctrica en energía acústica. Por lo tanto debe tener un diafragma capaz de enviar energía en su dirección de vibración para producir ondas sonoras similares al sonido original del que se deriva la señal energética. El altavoz dinámico o de bobina móvil El principio de bobina móvil es el mas utilizado. Podemos encontrar altavoces de este tipo tanto en receptores de radio como en sistemas de megafonía (PA= Public Address) o incluso en monitores de estudio de alta calidad. En la figura se muestra la sección de un típico altavoz de bobina móvil.

El principio de funcionamiento esta basado en el fenómeno de transducción electromagnética. Consiste en un proceso inverso al de los micrófonos dinámicos o de bobina móvil. La vibración del cono produce ondas sonoras en el aire con una réplica acústica de la señal eléctrica de entrada. Esta estructura móvil se llama diafragma y puede tener forma de “cúpula” o de “cono”.

El imán junto a las piezas polares crean un circuito magnético. En el entrehierro es donde el campo de la bobina reacciona contra el campo fijo del imán.

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ALTAVOZ DE CÚPULA (TWEETER)

El altavoz de cúpula funciona básicamente igual que el de cono pero en éste la superficie radiante no es un cono sino una cúpula. Sistemas de “pantalla infinita” El altavoz de bobina móvil radia sonido tanto por delante como por detrás de su diafragma o cono. Cuando el cono se mueve para delante produce una compresión del aire en la parte frontal y un enrarecimiento de la parte trasera; cuando se desplaza hacia atrás ocurre lo contrario. Por lo tanto las ondas acústicas a cada lado del diafragma están desfasadas 180° y cuando se encuentran tienden a anularse entre si. Esto ocurre particularmente en bajas frecuencias donde existe difracción alrededor del cono. En consecuencia se emplea una caja (recinto acústico) para alojar el altavoz. Esta caja se encarga de evitar que el sonido radiado por detrás del cono alcance el aire libre en el exterior de la caja. En su forma simple se trata de una caja cerrada (conocida comúnmente como “pantalla infinita” o “infinite baffle”) rellenas por lo general de algún material absorbente del sonido como la espuma plástica o la fibra de vidrio. Una verdadera ”pantalla infinita” requeriría una gran superficie plana con un agujero circular en el centro donde se montaría el altavoz. La difracción a través de la pantalla solo se produciría por debajo de frecuencias en las que la longitud de onda sea comparable con su tamaño. La cancelación de ondas en oposición de fase no ocurrirá fuera de dicho rango de frecuencias pero para que la pantalla fuese efectiva para bajas frecuencias debería medir 3 o 4 metros cuadrados. El único caso práctico que emplea este tipo de montaje es la colocación del altavoz en una pared que divida 2 habitaciones; se utiliza muy poco por razones obvias. Sistemas “Bass- reflex” Otro tipo de carga es el sistema “Bass- reflex” que se muestra en la figura.

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En una de las paredes de la caja se abre un tubo o puerta. Son varios los parámetros que tienen que ver con el volumen interno de la caja: peso del cono del altavoz, suspensión del cono, dimensiones del tubo, masa de aire en su interior, etc. todos ellos se elijen para que a una frecuencia baja determinada el aire en el interior del tubo resuene, readuciéndose a dicha frecuencia el movimiento del cono. Así el tubo genera su propia salida en baja frecuencia actuando en combinación con el altavoz. Con este procedimiento podemos incrementar el nivel de salidas en graves, aumentar la eficiencia o bien lograr una combinación de ambas mejoras. Un tipo de refuerzo de graves es el laberinto acústico o “línea de transmisión” como se muestra en la figura.

Consta de un gran recinto que alberga un conducto plegado cuya longitud se elige de forma que la resonancia ocurra a una baja frecuencia determinada. Por encima de dicha frecuencia el conducto que está relleno de material absorbente, absorbe gradualmente a lo largo de su longitud la energía sonora radiada por detrás. Sistemas de dos vías Un único altavoz no puede reproducir adecuadamente todo el espectro de frecuencias que van de 30 Hz a 20 kHz. Las bajas frecuencias requieren grandes altavoces para grandes desplazamientos del cono lo que implica tener que mover considerables volúmenes de aire. De forma contraria no se puede esperar que el mismo cono vibre a 15 kHz (15000 veces por segundo) para reproducir las altas frecuencias.

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La técnica más utilizada para reproducir todo el espectro de frecuencias es el sistema de altavoces de dos vías. Consta de dos partes: un altavoz para graves y medios que maneja frecuencias de hasta alrededor de los 3 KHz y una unidad de alta frecuencia que reproduce frecuencias desde los 3 kHz hasta los 20 kHz. Para la aplicación del sistema de 2 vías es necesario el uso de un filtro de cruce “crossover” y de esta manera alimentar cada altavoz dentro de su rango correcto de frecuencias. Mediante esta red divisora de frecuencias (crossover) situada en Ia propia caja de altavoz se divide la señal de entrada en altas frecuencias (por encima de los 3 kHz, aprox.) y bajas frecuencias. Estas últimas se envían a la unidad de medios/graves o “woofer” y las primeras al “tweeter”. En la figura podemos ver un ejemplo simple de dicho principio.

La señal de entrada llega al altavoz de agudos a través de un condensador (recordemos que un condensador tiene una impedancia inversamente proporcional a la frecuencia, es decir, para altas frecuencias su Impedancia es muy baja y para bajas frecuencias tiene una Impedancia relativamente alta). La Impedancia típica de un “tweeter” es de 8 ohms. Por ello para señales por debajo de los 3 kHz por ej. (frecuencia de cruce) se elige un valor del condensador que presente una Impedancia de 8 ohmios también a 3 kHz. Pasamos ahora al “woofer”, al cual se le colocará una bobina en serie. Una bobina tiene una Impedancia que aumenta con la frecuencia. En consecuencia se elige una que tenga un valor de impedancia similar a la del “woofer” (para la frecuencia de cruce seleccionada). La Impedancia típica de un “woofer” es también de 8 ohms. 4

Sistemas de tres vías Estos sistemas se caracterizan por incorporar además de los mencionados anteriormente un altavoz de medios junto con su correspondiente filtro de cruce. Estos nuevos componentes deben limitar la banda de frecuencias que llegue a este altavoz de medios, de 400 Hz a 4 kHz, por ejemplo.

Cajas activas Hasta ahora solo hemos hablado de cajas “pasivas”, llamadas así porque utilizan simplemente componentes pasivos (resistencias, condensadores y bobinas) para dividir las distintas bandas de frecuencia y enviarlas a cada altavoz. También existen las cajas “activas” en las cuales las bandas de frecuencia se dividen mediante un circuito electrónico a nivel de línea, por lo que cada banda se envía a un amplificador individual y de ahí al altavoz apropiado.

Cada altavoz tiene su propio amplificador de potencia lo cual incrementa la complejidad del sistema en su conjunto. Sin embargo tiene algunas ventajas. En primer lugar presentan una baja distorsión debido a que la señal está siendo ahora dividida a nivel de línea, donde se aplican solamente tensiones del orden de un volt con una corriente despreciable en comparación con las decenas de volts y varios ampers con los que tratan los filtros de cruce pasivos. En segundo lugar, permiten mayor flexibilidad en el diseño del sistema ya que puede usarse casi cualquier combinación de altavoces, al poder compensar mediante el ajuste de las ganancias de los amplificadores de potencia o de las salidas de los filtros de cruce sus diferentes sensibilidades, Impedancias y necesidades de potencia. 5

En tercer lugar, ofrecen mejor control de la respuesta en frecuencia que las cajas pasivas debido a que es muy fácil incorporar un circuito preciso de compensación en el diseño de un filtro de cruce electrónico. Subwoofers Para que una parlante tenga una buena respuesta en graves necesita tener un gran volumen de su recinto interno y así la frecuencia de resonancia del sistema pueda ser lo suficientemente baja. El llamado sistema “subwoofer” emplea un recinto separado del parlante para manejar solamente las frecuencias muy bajas, las cuales son excitadas normalmente por su propio amplificador de potencia. La señal enviada a dicho amplificador procede de un filtro de cruce electrónico que extrae las muy bajas frecuencias de la señal de entrada al amplificador estéreo principal y a los parlantes; la señal monofónica de muy baja frecuencia procedente de ambos canales se suma y se envía al “subwoofer”.

El “subwoofer” se puede colocar en cualquier lugar de la habitación ya que solo radia frecuencias por debajo de los 100 Hz aprox. frecuencias que suelen ser omnidireccionales. Impedancia En general todos los altavoces tienen indicado su valor de Impedancia en su parte trasera, este es el valor nominal ya que en la práctica la impedancia varía mucho con la frecuencia. Un sistema de altavoces puede tener una impedancia de 8 ohms a digamos 150 Hz pero a 50 Hz podría tener 30 ohms y a 10 kHz 4 ohms. La figura muestra la característica de impedancia de un sistema de altavoces típico doméstico de alta fidelidad con dos vías y en caja cerrada.

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Vemos que hay una abrupta subida de la impedancia para una cierta frecuencia; ello indica la resonancia en graves del sistema. La impedancia mas usual es de 8 ohms pero existen otras impedancias utilizadas como las de 15 ohms y 4 ohms. Los altavoces de 4 ohms son difíciles de mover porque para una tensión de salida dada de un amplificador este debe entregar el doble de corriente. El altavoz de 15 ohms es una buena carga pero su alta impedancia hace que se extraiga menos corriente del amplificador por lo que la potencia (volts x ampers) que llegará al altavoz será proporcionalmente más baja; en este caso el altavoz no es capaz de entregar toda la potencia de la que dispone. Por estas razones, la impedancia de 8 ohmios se ha convertido prácticamente en estándar y los amplificadores bien diseñados serán capaces de mover altavoces que tengan también una buena calidad. Muchos amplificadores profesionales de alta potencia son capaces de admitir dos altavoces de 8 ohms conectados en paralelo, que dan como resultado una impedancia de 4 ohms.

Respuesta en frecuencia La respuesta en frecuencia de un altavoz indica también lo lineal que es. Idealmente un altavoz debería responder por igual a todas las frecuencias produciendo una respuesta uniformemente “plana” cuando se le ataca con una señal de entrada de amplitud constante que se desplaza barriendo todo el espectro de frecuencias.

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Fase La fase es algo muy importante a tener en cuenta cuando cableamos los altavoces. Una tensión eléctrica positiva llevará al cono del altavoz a moverse en una cierta dirección, que será normalmente para delante. Es esencial que los dos altavoces de un par estéreo, o todos los altavoces de un mismo tipo en una agrupación sonora completa estén “en fase”. Es decir que todos los conos se muevan en el mismo sentido en cualquier instante cuando se les aplica una señal idéntica. Si dos altavoces estéreo se conectan en oposición de fase se produce una imagen sonora estéreo borrosa y algunas frecuencias bajas pueden cancelarse dependiendo del recinto.

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