Los Altavoces: Transformación de Energía

Un altavoz es un transformador que convierte la energía eléctrica en acústica, pasando por una etapa intermedia de energía mecánica. Contiene un motor eléctrico que mueve un radiador, encargado de la segunda transformación. Este radiador es similar a una antena de emisión, con una impedancia mecánica compleja. Los términos resistivos corresponden a la energía radiada y disipada, mientras que los reactivos se relacionan con la energía almacenada en el sistema vibrante.

La eficiencia del radiador aumenta con una mayor resistencia de radiación y menores términos reactivos. En los altavoces, la banda de frecuencias transmitida es amplia, con una relación de frecuencias extremas (ej., 30Hz a 15000Hz) del orden de 500. Los términos reactivos (inerciales y elásticos) limitan la fidelidad, introduciendo frecuencias privilegiadas o desfavorecidas y afectando las variaciones rápidas de régimen. Aumentar los términos resistivos mecánicos mejora la fidelidad al atenuar las resonancias.

Tipos de Altavoces

Cualquier fenómeno que relacione corriente o tensión eléctrica con una fuerza mecánica puede servir como base para un motor de altavoz. Siempre hay corriente, tensión, fuerza y desplazamiento involucrados en la conversión de energía.

Acoplo Motor-Radiador

La fuerza puede aplicarse directamente sobre el radiador o sobre un sistema no radiante conectado mecánicamente al radiador. Este último es el caso de los altavoces electrodinámicos, donde la fuerza se ejerce sobre una bobina móvil que arrastra un radiador cónico.

Ventajas e Inconvenientes

• Ventajas: Facilidad para generar energía mecánica.
• Inconvenientes: El ataque del radiador en un punto específico plantea problemas de rigidez.

Acoplo Radiador-Atmósfera

El radiador debe tener una superficie adecuada para una buena adaptación a la impedancia acústica del aire. Se utiliza la radiación directa, compensando la desadaptación con dispositivos como pantallas o recintos acústicos. La radiación puede ser por ambas caras del radiador o por una sola, reflejando o absorbiendo la radiación de la otra cara.

Altavoz Electrodinámico en Radiación Directa

El sistema móvil se comporta como un pistón en ciertas frecuencias, desplazándose como un sólido indeformable. Este sistema tiene masa y está sujeto a una fuerza elástica debido a las suspensiones. El movimiento libre es vibratorio sinusoidal, con una frecuencia de resonancia o fundamental.

Amortiguamiento

El movimiento vibratorio está afectado por tres tipos de amortiguamiento:

• Mecánicos: Rozamientos en las suspensiones.
• Acústicos: Radiación por ambas caras del radiador.
• Electromagnéticos: Corrientes inducidas en la bobina móvil.

Sobretensión de un Altavoz (Q)

El coeficiente de sobretensión (Q) representa la relación entre la energía almacenada en los términos reactivos y la energía disipada en los resistivos durante un periodo. Un Q alto indica una bobina de mejor calidad, pero en altavoces, un Q bajo es preferible para una respuesta menos selectiva.

Amortiguamiento Variable

Con un amplificador de baja resistencia interna, el Q es cercano a Q0. En equipos económicos, Q0 suele ser superior a 0.5. En equipos de alta gama, se puede ajustar la impedancia de salida del amplificador para variar el Q. Un Q bajo reduce la respuesta en bajas frecuencias, aunque indica un buen rendimiento electromecánico.

Pantallas Acústicas

Dispositivos que mejoran el acoplo del altavoz al aire, especialmente en bajas frecuencias. Las resonancias del recinto afectan la reproducción en esta banda.

Pantalla Plana – Caja Abierta

La pantalla plana alarga el camino entre las caras del radiador, reduciendo el cortocircuito acústico. Es efectiva en frecuencias medias, pero resulta prohibitiva para bajas frecuencias. La caja abierta puede presentar resonancias problemáticas si su profundidad no es pequeña.

Agujero en la Pared – Recinto Cerrado – Laberinto Cerrado

Estos diseños evitan el cortocircuito acústico separando las emisiones de ambas caras del radiador. El recinto cerrado, o pantalla infinita, es popular por no requerir ajustes complejos, aunque debe controlarse las resonancias internas.