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El altavoz y su entorno
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Repaso a la tipología de un altavoz, miembro indispensable de una caja acústica. Texto: Luis Llana La selección de un conjunto de cajas acústicas -y por extensión de un equipo audiovisual- es una tarea no exenta de cierta complejidad cuando se pretende hacer las cosas bien. Si se carece de la suficiente base de conocimiento, es aconsejable recurrir a un profesional, a una tienda especializada o, cómo no, leer nuestra publicación. En caso contrario, pasado un tiempo se puede tener la sensación de haber dejado un buen reguero de euros por el camino. El entrañable y veterano altavoz electrodinámico -o electromecánico- popularmente conocido como altavoz de cono, sigue ostentando el honor de ser el transductor más utilizado -con mucho- en la construcción de cajas acústicas. A pesar de los avances técnicos, con la utilización de nuevos materiales y los más modernos procesos de fabricación, sigue teniendo limitaciones e imperfecciones que le relegan al escalón más débil dentro de la cadena de audio. En este diseño y muy a grandes rasgos, la corriente que entrega el amplificador circula a través de una bobina, generalmente de cobre o aluminio esmaltados cuyas espiras envuelven a un soporte cilíndrico de material rígido e indeformable, pero ligero a su vez. Los extremos de la bobina son los bornes de conexión del altavoz. Un dispositivo de centrado, construido con material corrugado y flexible, la mantiene alineada entre las piezas polares (entrehierro) de un potente imán permanente, sujeto a la carcasa del conjunto. La bobina es solidaria por su parte anterior con la conocida membrana con forma de cono, cuya periferia externa se encuentra unida de forma elástica al chasis. Su flexibilidad, junto con la del sistema de centrado de la bobina, permite el movimiento longitudinal del conjunto bobina-cono, evitando a su vez oscilaciones en el sentido radial. Cuando la corriente atraviesa la bobina se genera un campo magnético que interactúa con el del imán. La atracción y repulsión de ambos campos provoca un movimiento alternativo de la bobina, hacia adelante y atrás, en función de la frecuencia de la corriente, movimiento que el cono traducirá en ondas sonoras al poner en movimiento el aire circundante. Los cuidados puestos en el diseño y construcción de este sistema motor son cruciales, puesto que sus posibles defectos serán inmediatamente detectados por nuestro oído. El entrehierro debe ser lo suficientemente estrecho para mantener el campo magnético en unos valores elevados, pero evitando en todo momento que la bobina llegue a rozar sus paredes lo que acabaría destruyéndola, con independencia de una distorsión perfectamente audible. La calidad de la bobina es fundamental para evitar su deformación por el calor generado al paso de la corriente. Algunas bobinas se refrigeran con ferrofluido, especialmente las de los más pequeños y delicados altavoces. Es fundamental la potencia del imán puesto que a mayor campo magnético corresponderá una mejor respuesta transitoria del altavoz, al ejercer un mejor control sobre los movimientos del cono. Dicho de otro modo, las oscilaciones del cono deberán ser un fiel reflejo de la frecuencia de la corriente que llegue a la bobina, sin oscilaciones parásitas que desvirtúen el mensaje sonoro. El cono debe ser lo más rígido y ligero posible, lo que obliga a fabricantes a investigar entre los materiales y mezclas más diversas e incluso extrañas. Para los transductores encargados de reproducir las bajas frecuencias (en inglés woofer) y las frecuencias medias (midrange o squawker) se emplean desde la celulosa hasta el kewlar pasando por las fibras de carbono e incluso diversas configuraciones sándwich. Para los altavoces de frecuencias altas (tweter) se suele emplear la seda, aluminio, titanio e incluso materiales blandos y más recientemente partículas de diamante. Estas membranas suelen tener forma de cúpula. El altavoz transforma la energía eléctrica en acústica, con una relación entre la energía acústica generada y la eléctrica requerida que da la medida de su eficiencia. Ésta es muy baja, del orden de un 3 % e incluso menor en los altavoces dedicados a alta fidelidad y cine en casa, al tener que primar una baja distorsión sobre la eficiencia. No obstante, un altavoz puede generar elevados niveles de presión sonora con poca potencia eléctrica Comportamiento de un altavoz Al hacer funcionar a un altavoz al aire libre, su cono moverá el aire circundante produciendo ondas sonoras por su parte anterior, pero también por la posterior. Ambas ondas serán idénticas en amplitud pero estarán opuestas en fase pues mientras el aire de la parte delantera es “empujado”, el de la trasera es “absorbido”, generando ondas de signo contrario. Este hecho carece de importancia para las frecuencias altas, al ser muy direccionales. Pero las ondas sonoras correspondientes a las frecuencias bajas se propagan en todas direcciones, por lo que si no se adopta alguna medida las ondas generadas por la parte anterior del cono “chocarán” con las de la parte trasera. Como son de signo contrario (desfasadas 180º), su efecto quedará anulado y el oído no las percibirá. Una solución consiste en aislar ambas ondas instalando el altavoz en el centro de una pantalla plana, tan grande como la mayor longitud de onda a radiar. Pero una frecuencia de 20 Hz tiene una longitud de onda de 17 m, por lo que se necesitaría un panel cuadrado de 8,5 m de lado, como mínimo. Esto es irrealizable en la práctica y como lo que se pretende -en principio- es eliminar la onda generada por la parte trasera del cono, construyamos una caja hermética para “encerrar” la onda trasera en su interior. Cajas de diseño cerrado Por su similitud de comportamiento con el de un panel plano de dimensiones infinitas, a este tipo de caja hermética también se la denomina pantalla infinita, sirviendo de base para el funcionamiento de la llamada caja hermética (o cerrada) con suspensión acústica. Tomando como valores el volumen de la caja y sus dimensiones, el diámetro de la membrana del altavoz, su frecuencia de resonancia y otras características, es posible diseñar una caja hermética en la que el aire contenido en su interior actúe como una suspensión neumática del cono del altavoz. El interior de la caja se rellena de material absorbente acústico como la gomaespuma, la lana de vidrio y otros materiales. Con una excelente calidad sonora, este diseño tiene el grave inconveniente de su bajo rendimiento ya que se elimina la mitad de la energía generada por el cono, la que corresponde a su parte posterior con lo que el rendimiento del altavoz, ya bajo de por sí, se reduce a la mitad. Siempre se puede compensar esta pérdida aumentando la potencia del amplificador asociado, pero esta solución no remedia el bajo rendimiento de la caja. Cajas de diseño abierto En otro diseño de cajas se aprovecha la onda generada por la parte posterior del cono para reforzar la onda delantera. Anteriormente se comentó que ése era el origen de un problema que obligaba a montar el altavoz en una caja hermética, para evitar la superposición de dos ondas sonoras invertidas en fase. Pero mediante un diseño adecuado es posible recuperar la onda trasera en igualdad de fase con la onda delantera. Dice la teoría que, si antes de salir al exterior, la onda trasera recorre un camino de igual longitud que la mitad de la longitud de la onda correspondiente a la frecuencia más baja que se desee reproducir, aquella saldrá en igualdad de fase con la onda frontal de igual frecuencia, potenciándola. Las cajas construidas según este principio, denominadas reflectoras de graves (en inglés bass reflex), disponen de una abertura por la que sale al exterior la onda trasera en igualdad de fase acústica que la onda delantera. Técnicas basadas en laberintos más o menos sinuosos y otras menos complejas, muy empleadas en la actualidad, se basan en que el aire del interior de la caja tiene su propia frecuencia de resonancia. Coincidiendo con ella, la onda trasera saldrá por la abertura con la máxima intensidad y en fase acústica con la onda delantera. Es fácil deducir que esta solución sólo es válida para a un reducido rango de frecuencias bajas alrededor de la establecida para la puesta en fase acústica, pero suficiente para reforzar la respuesta del altavoz a bajas frecuencias. La mencionada abertura, conocida como ventana de graves y puerto bass reflex, lleva acoplado por el interior un tubo de sintonía. Variando su longitud se modifica la frecuencia de resonancia de la caja entre un pequeño rango de valores, pero pocos son los fabricantes que incluyen distintos tubos en sus dotaciones de serie. En su lugar, algunos incluyen unos bloques de gomaespuma de diversos tamaños o densidades, que introducidos en el tubo de sintonía permiten una mejor adaptación de la respuesta en graves de la caja con la acústica de la sala de escucha. Cada diseñador decide la mejor ubicación de la abertura, bien en el panel delantero o en el trasero, e incluso en la parte inferior de la caja. Cajas con altavoz pasivo Aunque en la actualidad se encuentra prácticamente en desuso, este diseño sustituye la ventana de graves por un altavoz pasivo, de construcción similar a la de un altavoz convencional pero desprovisto de motor -sistema magnético y bobina-. Sólo incluye el chasis y el cono, siendo en ocasiones de construcción plana. Sus oscilaciones las provoca el cono del altavoz principal al comprimir y expandir el aire del interior de la caja. Dichas oscilaciones serán máximas en la frecuencia de resonancia al igual que sucede con el diseño bass reflex, por lo que su principio de funcionamiento y rendimiento son muy similares a los de éstas últimas. ¿Existen diferencias? De todo lo anterior parece deducirse que la caja reflectora de graves -o bass reflex- aventaja a la cerrada en lo referente a rendimiento. Efectivamente, a similar tamaño de caja y calidad de altavoces, la primera tiene un rendimiento algo superior a la segunda. Por el contrario, su diseño y construcción son más complejos, lo que suele redundar en un costo más elevado. A pesar de su respuesta en graves más extendida, una caja reflectora de graves que no esté perfectamente sintonizada (hecho más frecuente de lo deseable) puede presentar acentuaciones o cancelaciones en su respuesta a algunas frecuencias bajas, con una evidente falta de linealidad en esas frecuencias. Actualmente es el diseño más habitual en los catálogos de todos los fabricantes. La caja hermética es de diseño y fabricación más sencilla lo que redunda en su menor costo final, presentando generalmente una excelente linealidad en su respuesta en graves, no obstante que su menor rendimiento en esas frecuencias obliga a dimensionar con más generosidad la amplificación asociada. |
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