Altavoces: Características, Tipos y Funcionamiento

Altavoces: Es un transductor que convierte una señal eléctrica en una onda acústica. La conversión la realiza en dos pasos: TEMàTMA.

Características Clave de los Altavoces

Sensibilidad

Se define como el nivel de presión acústica generada a 1 m de distancia en el eje del altavoz, cuando se le suministra 1 W de potencia eléctrica: S (dB SPL / 1 W/ 1 m/ 0°). Se suele medir con ruido rosa de banda ancha y se promedia el nivel de presión en toda la “banda útil” del altavoz. Se mide en cámara anecoica para tener sólo el sonido directo. Se puede medir con distinta potencia y a distinta distancia y luego se calcula el valor a 1 W/1 m.

Un altavoz típico de bobina móvil y radiación directa puede tener 90 dBspl 1 W/ 1 m de S. Los motores con bocina suben al orden de 100 dBspl 1 W/ 1 m.

Respuesta en Frecuencia

Evalúa la variación con la frecuencia del nivel SPL. Se mide a 1 m, en el eje y para 1 W de sinusoide, en cámara anecoica. Se mide con barrido de tonos, o bien con señales de banda ancha y análisis espectral.

Rango de Frecuencias

Se especificará el intervalo máximo de frecuencias dentro del cual, la desviación de la respuesta en frecuencia no supera unos límites (se suelen especificar desviaciones de +-6 dB con respecto de la zona de respuesta plana del altavoz). Este parámetro define si el altavoz es de graves, medios, agudos o todo rango.

Directividad

Evalúa la variación de la sensibilidad con la dirección de emisión. Se mide en cámara anecoica para tener sólo el sonido directo. Se mide a distintas frecuencias pues la directividad varía con la frecuencia. Se expresa en dB y se representa en diagramas polares. Suele medirse solo en el plano horizontal o también en el vertical.

Diagrama Polar de Directividad

El diagrama polar de directividad, D(θ) [dB], suministra mucha información y debe recurrirse a valores resumidos:

• Ángulos de cobertura horizontal y vertical: Especificados como el ángulo total en que la sensibilidad cae 6 dB: θLH(‐6dB) y θLV(‐6dB). Se estrechan al subir la frecuencia.
• Factor de directividad Q e Índice de directividad DI (dB): Evalúan de forma promediada la emisión en un ángulo respecto a la emisión en los demás ángulos. Crecen con la frecuencia.

Impedancia Eléctrica

Existen 2 zonas, la zona del pico en baja frecuencia (se debe a la resonancia mecánica del sistema del diafragma) y la zona de impedancia creciente con la frecuencia (se debe al comportamiento inductivo de la bobina). Relación entre la impedancia nominal respecto a la curva del módulo de impedancia: |Zee(f)|>=0,8*

Eficiencia o Rendimiento

Es la relación entre la potencia acústica generada por el altavoz y la potencia eléctrica suministrada. n(%)=100*(Pa/Pe). Es por tanto una medida del rendimiento de la transducción electroacústica. La eficiencia de un altavoz nunca supera el 50% y generalmente es menor al 10%. Aunque relacionada con la sensibilidad, es más genérica pues considera toda la radiación y no solo la del eje.

Distorsión No Lineal

El altavoz es el equipo de audio que presenta mayor distorsión no lineal. Los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. Es mayor a mayor potencia suministrada (comportamiento no‐lineal típico). Es distinta según la frecuencia a reproducir. Es una de las razones de la diferencia de calidad de sonido entre altavoces. Causas muy variadas, principalmente debidas a las partes magnéticas y mecánicas, dado que existen movimientos amplios:

• Flujo del entrehierro sobre la bobina no constante en toda la excursión.
• Comportamiento no lineal de las suspensiones elásticas y del diafragma.

Se mide como la relación entre las presiones acústicas totales de los armónicos de distorsión considerados y el armónico principal.

Clasificación de Altavoces

Según su TEM

1. Electrodinámicos de bobina móvil: La corriente recorre una bobina montada sobre un cilindro rígido, que se encuentra dentro de un campo magnético constante, apareciendo una fuerza que la desplaza. El diafragma va unido al cilindro y se mueve con él. Altavoces de todo rango. Son los más usados.

Más características

Diafragmas

Materiales del diafragma deben ser ligeros pero rígidos. La poca masa baja la resonancia y la rigidez sube las vibraciones parciales.

• Woofers: Cartón barnizado (pulpa de celulosa), telas impregnadas o plástico.
• Tweeters: Fibra de carbono y metal (aluminio, titanio).

Suspensiones o Arañas

Afectan a la respuesta del diafragma:

• Limitan el desplazamiento máximo del diafragma.
• Se diferencian altavoces duros o blandos según la suspensión.
• Sirven para centrado y estabilización del diafragma.

Se hacen de material flexible, con o sin corrugaciones. Telas de nylon o poliéster, recubiertas de resina epoxy.

Bobina e Imán

Materiales de bobina: cobre o aluminio anodizado esmaltados para evitar cortocircuitarse. Soporte o former: cartón, aluminio o plástico. Campo magnético B debe ser constante en toda la bobina aunque esta se desplace. Si varía B, se producen no linealidades y distorsiones.

1. Electrostático o de condensador: Dos placas metálicas forman un condensador en medio del cual se dispone de otra placa, cargada eléctricamente, que es el diafragma. Las variaciones de tensión modifican la fuerza provocada por el campo eléctrico en el interior del condensador, desplazando el diafragma. Las placas metálicas están agujereadas para dejar pasar la onda acústica generada por el diafragma. Se trabaja a “carga constante”, de modo que la fuerza es proporcional al voltaje de señal aplicado. Altavoces de medios y agudos. Son estrechos y caros.
2. Piezoeléctrico o cerámico: Las cerámicas piezoeléctricas se deforman, provocando movimientos, al serle aplicada una tensión. Son baratos, sencillos de fabricar y responden a agudos.
3. Magnéticos o electromagnéticos: En los altavoces Electromagnéticos, la bobina está fija y la corriente que la recorre genera un campo magnético que provoca el movimiento del diafragma.

Según su TMA

El TMA está determinado por la forma en que el diafragma genera la onda y cómo se acopla esta al aire circundante.

1. Altavoces de cono o radiación directa: El tamaño y la masa del diafragma afecta a:
   • Eficiencia electroacústica: El factor de potencia radiada es proporcional al radio del cono. A mayor eficiencia se tienen mejores valores de sensibilidad y rendimiento.
   • El ancho de banda reproducible: Limitación de BF por la resonancia mecánica del cono, limitación de BF por la excesiva excursión del cono y bobina, limitación de BF por la insuficiente radiación, limitación de AF por vibraciones parciales del cono. Woofers pueden y deben ser grandes, pero Tweeters deben ser pequeños.
   • Directividad: La directividad está controlada por el producto ka donde a es el radio del cono y k=2*pi*f/c. Para ka > 2 la directividad sube mucho y el ángulo de cobertura se reduce.
2. Altavoces de bocina o radiación indirecta: Mayor eficiencia y sensibilidad en medias y altas frecuencias. Directividad controlada y casi constante con la frecuencia. Los altavoces de radiación indirecta también son los llamados “motores de compresión”. El diafragma es en forma de cúpula y muy rígido.

Otros Tipos de Altavoces

• Altavoces de banda ancha o una sola vía: Altavoces elípticos. Altavoces de doble cono: Cuando la frecuencia a emitir sube, es el cono interior quien se encarga de radiarlo efectivamente, mientras que el cono principal no es capaz de hacerlo. La separación se hace por diseño mecánico de los diafragmas.
• Altavoces coaxiales de dos vías: Ambas vías se implementan en un solo dispositivo con bobinas independientes.

Cajas Acústicas

Se utilizan para evitar la radiación trasera del altavoz que podría anular la onda acústica.

Tipos de Cajas Acústicas

• Caja infinita o cerrada: Rellena de material absorbente.
• Caja bass-reflex: La radiación trasera refuerza en graves.
• Caja con radiador pasivo: Se coloca otro altavoz sin conexión eléctrica.