Altavoces
Un altavoz (también conocido como parlante, altoparlante, bocina o corneta. en América del Sur) es un transductor electroacústico esto es un dispositivo que convierte una señal eléctrica de audio en su correspondiente sonido. Un sistema de altavoz generalmente referido como altavoz incluye uno más transductores (ver definición anterior), un bafle, conexiones eléctricas posiblemente incluya un filtro de cruce. El transductor puede verse como un motor lineal conectado a un diafragma que acopla el movimiento del motor al movimiento del aire, eso es sonido. Una señal de audio típicamente de un micrófono, grabación o transmisión de radio se amplifica electrónicamente a un nivel de potencia suficiente para mover el motor y este reproduce el sonido correspondiente a la señal eléctrica original. Es la función inversa de un micrófono. Podemos encontrar pequeños altavoces en radios, televisiones, reproductores de música portátiles y computadoras. Altavoces grandes se utilizan en sistemas de sonido de alta fidelidad, Instrumento musical electrónico, sistema de refuerzo de sonido en cines y teatros y megafonía.
El término altavoz se refiere a los transductores individuales o a un sistema completo de altavoz también referido como «caja acústica», que consiste en un bafle, uno o más transductores y un filtro de cruce. En Costa Rica, El Salvador, Honduras, Nicaragua, Perú, Chile y Argentina al altavoz se conoce como parlante o altoparlante, bocina en México, Panamá, Colombia y Ecuador —aunque se entiende el significado de «altavoz» y de «altoparlante»—. Por su parte, en Venezuela se le conoce como corneta.
Para poder reproducir adecuada y exactamente un amplio rango de frecuencias, la mayoría de los sistemas de altavoces utilizan más de un altavoz(transductor), particularmente para un mayor nivel de presión sonora o máxima precisión. Se utilizan altavoces individuales para reproducir diferentes bandas de frecuencias. llamados: subwoofer (para muy bajas frecuencias); woofer (bajas frecuencias); altavoz-medio (frecuencias medias); tweeter (altas frecuencias); e incluso supertweeter (las frecuencias audibles más altas y más allá). Cuando se utiliza más de un altavoz(transductor) en un sistema se utiliza un filtro de cruce para separar la señal de entrada en sus distintas bandas de frecuencia y dirigirlas al transductor adecuado. Un altavoz con n bandas de frecuencia diferentes, se define como «altavoz de n vías». Los más usuales son el altavoz de 2 vías y el Altavoz de 3 vías. En lo que llamamos altavoz activo, el amplificador esta incluido en la propia caja, estos son cada vez más comunes especialmente como altavoces de ordenador.
Cuando se pone en funcionamiento un altavoz, su membrana hace vibrar el aire por delante, pero también por detrás. En el movimiento de la vibración cuando la membrana avanza, la presión del aire aumenta por delante, pero disminuye por detrás, y viceversa cuando la membrana retrocede: Decimos que la onda trasera está desfasada 180 °. Por lo tanto, los cambios en la presión del aire (sonido) no se transmiten correctamente al aire circundante, ya que el aire tiende a circular entre la parte frontal y la parte posterior de la membrana para igualar las presiones. Este es el llamado fenómeno de cortocircuito acústico, muy significativo a bajas frecuencias. La solución es poner un bafle para suprimir (o al menos atenuar) las radiaciones traseras y que no cancelen las delanteras. En la práctica, llamamos carga acústica a la forma en que gestionaremos este problema. Los especialistas han encontrado multitud de formas, más o menos complejas, de resolverlo. El diseño del bafle influye significativamente en la calidad de sonido obtenida.
Un sistema de altavoz generalmente contiene no solo los altavoces, sino también filtros, módulos de amplificación, botones de encendido o de ajuste, rejillas protectoras o incluso puertos de ventilación en el caso de una caja acústica tipo bass-reflex. Finalmente, está equipado con conectores destinados a conectar un amplificador u otra fuente que contenga la señal sonora a emitir. Algunos altavoces llamados « inalámbricos» puede prescindir de dicha conexión, la señal que llega mediante la transmisión de radio (actualmente el sistema Bluetooth es el más habitual para productos de consumo). Dichos altavoces suelen funcionar con pilas o con baterías, lo que los convierte en dispositivos móviles.
Existen multitud de tipos de sistemas de altavoces que corresponden por un lado a una amplia variedad de usos, y por otro lado a diferentes niveles de calidad, considerándose generalmente que los altavoces son el eslabón más débil en la cadena de reproducción del sonido junto con la sala de escucha. El uso que se quiera hacer es, por tanto, fundamental: sistema de sonido, monitorización, Hi-Fi o incluso cine en casa. El género musical, contrariamente a la creencia popular, no influye en la elección de los sistemas de altavoces. Un sistema de altavoces de buena calidad debe poder reproducir correctamente cualquier tipo de sonido. Incluso forma parte de los criterios y técnicas para la selección de una caja acústica. Sin embargo, el uso final determina los criterios de selección, por lo que no utilizaremos las mismas soluciones para distribuir música en un supermercado que para proporcionar sonido para un concierto al aire libre.
El primer dispositivo que permitió al público en general escuchar música en casa fue el fonógrafo, patentado por Thomas Edison.19 de diciembre de 1877. Le siguió el gramófono inventado por Émile Berliner en 1888, que utilizaba soportes en forma de disco. En estos dos dispositivos, no hay «altavoz» estrictamente hablando: el sonido es emitido por una membrana unida a la aguja que está en contacto con el soporte y solo está amplificado por una bocina.
El principio de la bocina acústica consiste en realizar una adaptación de impedancia entre la membrana emisora y el aire ambiente. Se obtiene así una mejora espectacular en la eficiencia de modo que las bocinas siguen siendo, al menos para las frecuencias medias y altas, utilizadas casi universalmente en el ámbito de la sonorización de potencia. Para los graves, el tamaño de la bocina a menudo se vuelve prohibitivo por lo que esta solución sigue siendo poco común, pero debemos mencionar la caja acústica Klipschorn de Klipsch, creada en la década de 1940, que utiliza una bocina para graves gracias a aprovecharse de las paredes de la habitación, colocado en la esquina.
Johann Philipp Reis instaló un altavoz eléctrico en su teléfono en 1861; fue capaz de reproducir tonos claros, pero también podía reproducir el habla amortiguada después de algunas revisiones. Alexander Graham Bell patentó su primer altavoz eléctrico (capaz de reproducir el habla inteligible) como parte de su teléfono en 1876, que fue seguido en 1877 por una versión mejorada de Werner von Siemens. Durante este tiempo, Thomas Edison recibió una patente británica para un sistema que usaba aire comprimido como mecanismo de amplificación para sus primeros fonógrafos de cilindro, pero finalmente se decidió por el familiar cuerno de metal impulsado por una membrana unida a la aguja. En 1898, Horace Short patentó un diseño para un altavoz accionado por aire comprimido; luego vendió los derechos a Charles Parsons, al que se le otorgaron varias patentes británicas adicionales antes de 1910. Unas pocas compañías, entre ellas la Victor Talking Machine Company y Pathé, produjeron reproductores de discos utilizando altavoces de aire comprimido. Sin embargo, estos diseños estaban significativamente limitados por su mala calidad de sonido y su incapacidad para reproducir el sonido a bajo volumen. Se utilizaron variantes del sistema para aplicaciones de publicidad y, más recientemente, se han utilizado otras variaciones para probar la resistencia de los equipos espaciales a los niveles de sonido y vibración muy fuertes que produce el lanzamiento de cohetes.
El primero Altavoz dinámico (de bobina móvil) experimentales lo invento Oliver Lodge en 1898. Los primeros altavoces de bobina móvil prácticos, fueron fabricados por el ingeniero danés Peter L. Jensen and Edwin Pridham en 1915, en Napa, California. Como los altavoces anteriores, usaban bocinas para amplificar el sonido producido por un pequeño diafragma. A Jensen se le negaron las patentes. Sin éxito intentando vender su producto a las compañías telefónicas, en 1915 cambiaron su táctica a las radios y la megafonía, llamando a su producto Magnavox. Jensen fue durante años de la invención del altavoz parcialmente propietario de la compañía Magnavox. Pero los verdaderos comienzos del altavoz de bobina móvil tal como lo conocemos se remontan a 1925, cuando Chester W. Rice y Edward W. Kellogg lo patentaron (Patente US 1,707,570. 2 de abril de 1929), junto con un amplificador capaz de entregar una potencia de 1 watt para su dispositivo. Este último, el Radiola Modelo 104, con amplificador incorporado, fue lanzado al año siguiente. La diferencia principal entre los intentos anteriores y la patente de Rice y Kellogg es el ajuste de los parámetros mecánicos para obtener una respuesta en frecuencia relativamente plana. Nos referimos al altavoz Rice-Kellogg para designar este primer modelo. Sin embargo, la paternidad está en disputa, ya que se ha realizado un trabajo similar en otros países desarrollados.
Los primeros altavoces usaban electroimanes porque los imanes permanentes grandes y potentes no estaban disponibles a un precio razonable. La bobina del electroimán se activaba con una corriente por otro par de conexiones. Esta bobina tenía una segunda función, usándose como una bobina de choque filtrando la alimentación del amplificador de audio, al que estaba conectado el altavoz. El rizado en alterna en la corriente, se atenuaba por el hecho de pasar por la bobina de choque. Sin embargo, las frecuencias alternas presenten en la alimentación del amplificador tendía a modular la señal de audio que pasaba por la bobina móvil, resultando en un zumbido audible. En 1930 Peter L. Jensen presentó el primer altavoz comercial de imán permanente; sin embargo, los pesados imanes de hierro de la época no eran prácticos y los altavoces con electroimanes fueron predominantes hasta que la amplia disponibilidad de imanes ligeros de alnico estuvo disponibles después de la segunda guerra mundial.
Los altavoces siguen utilizando el mismo principio básico y han tomado su forma definitiva con bastante rapidez, pero han evolucionado mucho: los materiales utilizados y el diseño y las pruebas con sistemas informatizados significan que el rendimiento ha experimentado un progreso considerable, incluso en los modelos para el mercado de gran consumo.
En los años 1930 los fabricantes de altavoces empezaron a combinar dos o tres conjuntos de altavoces, cada uno optimizado para diferentes bandas de frecuencia, para mejorar la respuesta en frecuencia e incrementar el nivel de presión sonora. En 1937 El primer sistema comercial para salas de cine, «El sistema de altavoz de bocina Shearer para teatros» un sistema de dos vías se introdujo por Metro-Goldwyn-Mayer. Usaba dos altavoces de 15" de baja frecuencia, un filtro de cruce de 375 Hz y un solo altavoz de bocina multicelular con dos altavoces de compresión para las altas frecuencias. John Kenneth Hilliard, James Bullough Lansing y Douglas Shearer participaron en la creación del sistema. En la Exposición General de Nueva York de 1939 un sistema muy grande de megafonía de dos vías se montó en una torre en Flushing Meadows. Ocho altavoces de 27" de baja frecuencia diseñados por Rudy Bozak en su papel como ingeniero jefe de Cinaudagraph. Junto con Altavoces de alta frecuencia fabricados por Western Electric.
En 1943 Altec Lansing introdujo el 604, que se convirtió en su altavoz coaxial con más éxito. Incorporaba Un altavoz de bocina de alta frecuencia que enviaba el sonido a través de un agujero en el imán de un woofer de 15" para obtener unas prestaciones de fuente puntual. El sistema de altavoz «Voice of the Theatre» de Altec, presentado en 1945 ofrecía más claridad y coherencia a los altos niveles de potencia necesarios en las salas de cine. La Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas lo convirtió en el estándar de la industria en 1955.
En 1954 Edgar Villchur desarrollo el principio de la «suspensión acústica» en el diseño de los altavoces. Esto permitía una mejor respuesta de bajos que anteriormente para altavoces montados en una caja menor. Él y su socio Henry Kloss crearon la empresa Acoustic Research para fabricar sistemas de altavoces usando este principio. Posteriormente, El desarrollo en diseño de bafles y materiales ha traído sensibles mejoras audibles.
Las mejoras más notables en los altavoces dinámicos modernos, y los sistemas de altavoces que los utilizan, han sido mejoras en los materiales de los diafragmas, materiales mejorados para imanes permanentes, técnicas de medición mejoradas y aplicación del análisis computarizado por el método de los elementos finitos. En bajas frecuencias, la aplicación de la teoría de redes eléctricas al rendimiento acústico ha permitido un diseño variado de bafles iniciado por Neville Thiele en 1961 y Richard H. Small en 1973 que marcó un avance decisivo en el modelado permitiendo la explotación eficiente de este tipo de carga. Tanto es así que los parámetros electromecánicos de los altavoces ahora están asociados a su nombre bajo la denominación de Parámetros de Thiele y Small o «Parámetros T/S». Para la construcción de la caja propiamente, aunque todavía se utiliza mucho la madera, cada vez se utilizan más materiales sintéticos. Además de sus propias cualidades, permite formas complejas, más adecuadas para una buena acústica que un paralelepípedo, lo que era imposible a un precio razonable con materiales tradicionales.
Cada altavoz solo debe recibir el rango de frecuencia previsto para él. Para ello, la señal se puede filtrar antes de la amplificación (denominado filtrado activo) o después de la amplificación (denominado filtrado pasivo). Los filtros de cruce pasivos no necesitan alimentación, pero tienen alguna desventaja: Pueden necesitar inductancias y condensadores grandes debido a la potencia a soportar, pues están después de amplificador. Disponibilidad limitada de los componentes necesarios que soporten dichas potencias. Modifican la impedancia de carga vista por el amplificador. A diferencia de los filtros de cruce activos, que pueden tener ganancia, los filtros pasivos tienen una atenuación inherente en la banda de paso. Que suele llevar a una reducción del factor de amortiguación propio del altavoz.
Un filtro de cruce activo es un filtro electrónico que divide la señal en diferentes bandas de frecuencia antes de la amplificación de potencia, por lo que requieren como mínimo un amplificador para cada banda. También se puede usar un filtro pasivo antes de la amplificación, pero no es una técnica habitual, pues es menos flexible que un filtro activo. Cualquier solución que utiliza un filtro de cruce antes de la amplificación, se denomina comúnmente bi-amplificador, tri-amplificador y así sucesivamente en función del número de canales. Pueden incluso incluir alineación de fase ó tiempo entre las distintas bandas de frecuencia, ecualización y compresión dinámica.
El diseño de los filtros de cruce se vuelve rápidamente bastante complejo, por lo que cada vez más, los filtros más elaborados se realizan en formato activo. De hecho, los componentes para el filtrado pasivo son sensiblemente más críticos y las inductancias necesarias son más caras a medida que disminuye la frecuencia de filtrado. Por este motivo, los subwoofers se fabrican casi exclusivamente con filtrado activo.
Tradicionalmente, la gran mayoría de cajas acústicas utilizaban filtrado pasivo. Este filtro de cruce, insertado entre la entrada de la caja acústica y los altavoces, distribuye las bandas de frecuencia al altavoz correspondiente que puede reproducirla. Está compuesto principalmente por condensadores, inductancias y resistencias pero puede integrar otros componentes para la protección de los transductores contra el exceso de potencia. Los componentes pueden soldarse en un circuito impreso, o incluso insertarse directamente en el cableado interno de la caja para las implementaciones más simples. los Altavoces con filtro pasivo integrado, solo requieren la llegada de una señal de sonido amplificada, no necesitan alimentación.
El filtro de cruce pasivo de una caja acústica puede ser muy simple, limitándose a un condensador en serie en el tweeter para un altavoz de dos vías. En este caso, constituye un filtro paso alto de 6 dB/octava, el woofer no se filtra y ve su respuesta atenuarse naturalmente en la parte superior de su espectro de sonido. Este tipo de filtrado es común en la gama básica. Los filtros más sofisticados generalmente tienen un circuito por vía, utilizando múltiples componentes para lograr pendientes de 12 dB/octava (segundo orden) o 18 dB/octava (tercer orden). El filtro también puede integrar circuitos de corrección para el altavoz utilizado.
Al contrario de lo que podría pensarse, el filtrado pasivo no solo se usa en los altavoces multi-vía. En un altavoz unidireccional (generalmente equipado con un solo altavoz de rango completo), es posible integrar un filtro pasivo destinado a mejorar la respuesta de frecuencia del altavoz utilizado. Naturalmente, la operación se realiza a expensas de la eficiencia, pero cuando este punto no es crítico, esta técnica puede aportar una mejora significativa en la calidad del sonido.
La mayoría de los sistemas de altavoces consisten en altavoces montados en un bafle o caja acústica. El objetivo del bafle es evitar que las ondas sonoras provenientes de la parte trasera de los altavoces hagan una interferencia destructiva con la frontal. Las ondas traseras están desfasadas 180º de las frontales, por lo que sin bafle crean cancelaciones que degradan tanto el nivel y la calidad del sonido a bajas frecuencias.
El bafle más sencillo es un panel plano con agujeros donde se montan los altavoces. Sin embargo, en esta solución las frecuencias de sonido con longitudes de onda mayores que las dimensiones del bafle se cancelan debido al Cortocircuito acústico. Con un panel infinito se pueden eliminar completamente estas interferencias. Una caja sellada suficientemente grande, puede aproximarse a este funcionamiento. Como los paneles de dimensión infinita son imposibles, la mayoría de las cajas acústicas funcionan conteniendo la radiación posterior del diafragma al moverse. Una caja sellada impide la transmisión posterior del altavoz confinando el sonido en una caja rígida y estanca. Técnicas para reducir la transmisión del sonido a través de las paredes de la caja incluyen: paredes más gruesas, material absorbente, soportes internos, paneles curvos, o más raramente, materiales viscoelásticos o finas láminas de plomo aplicadas en los paneles interiores.
Sin embargo, una caja rígida refleja el sonido internamente, que se transmite al exterior a través del diafragma del altavoz, degradando la calidad del sonido. Esto se puede reducir con absorción interior, usando materiales absorbentes (a menudo llamado «atenuación») como fibra de vidrio, lana o guata de fibra sintética dentro de la caja. La forma interna de la caja también se puede diseñar para reducir el efecto, reflejando los sonidos alejándolos del diafragma a donde puedan ser absorbidos.
Otros tipos de cajas acústicas modifican la radiación posterior de forma que se sumen constructivamente a la señal del cono frontal. Diseños que usan este principio como «bass-reflex», «radiador pasivo» o «línea de transmisión» se usan a menudo para extender la respuesta efectiva a bajas frecuencias incrementando la respuesta a baja frecuencia del altavoz.
Para hacer la transición entre los altavoces lo más continua posible, los diseñadores de sistemas han intentado alinear en el tiempo los altavoces moviendo sus posiciones de montaje adelante o atrás de forma que el centro acústico de cada altavoz esté en el mismo plano vertical. Esto también puede incluir inclinar el frontal del altavoz hacia atrás, poner cajas individuales a cada altavoz, o más raramente usar filtros electrónicos para el mismo fin. Estos intentos han resultado en cajas acústicas bastante inusuales.
La forma de montar los altavoces incluyendo las cajas acústicas, pueden causar difracción resultando en picos y valles de la respuesta en frecuencia. El problema es mayor en altas frecuencias, donde las longitudes de onda son similares o menores que las medidas de la caja. El efecto se puede minimizar redondeando los bordes de la caja, curvando el mismo bafle, usando una caja más pequeña o estrecha, modificando la ubicación de los altavoces, usando materia absorbente alrededor del altavoz o usando una combinación de estas y otras estrategias.
Es un sistema de colocación para altavoces dinámicos, que consiste en integrar el altavoz en una gran superficie plana (por ejemplo, una pared) con un agujero circular en el centro (donde va alojado el cono del altavoz).
Es simplemente una caja hermética, cuyo propósito es eliminar el cortocircuito acústico atrapando la radiación trasera en un volumen relativamente pequeño. Puede rellenarse o acolcharse con material absorbente según necesidades.
La membrana está en «suspensión acústica», Porque el volumen de aire (VB) contenido actúa como un resorte y lo frena. Por lo tanto, su volumen debe calcularse de acuerdo con las características del altavoz: frecuencia de resonancia al aire libre (FS o FR), volumen de aire equivalente a la elasticidad de la suspensión (VAS) y, su factor de calidad total (QTS).
La respuesta de graves conserva la mejor extensión de graves sin sobre respuesta cuando QTC = 0,707.
A un volumen comparable, la frecuencia de corte en los graves es mayor que en una caja tipo bass-reflex, pero con una pendiente más suave a 12 dB/octava por debajo de la frecuencia de corte (Fc).
Una caja cerrada muy grande se denomina caja infinita. En este caso, el aire que contiene ya no hace efecto resorte. El resultado, se acerca al del bafle infinito. Este tipo de cerramiento se puede lograr integrando uno o más altavoces en la pared de una habitación, siendo entonces la caja infinita la habitación de al lado.
Es un sistema de construcción de cajas acústicas para mejorar la respuesta en bajas frecuencias. En una de las paredes de la caja se abre un puerto (orificio en forma de tubo) y todos los parámetros que afectan al volumen interno de la caja están previstos para que el aire en el interior del tubo resuene en una baja frecuencia determinada.
Son fácilmente identificables gracias a su(s) puerto(s). El principio es recuperar la radiación trasera para agregarla en fase con la radiación frontal. Se basan en el principio del resonador de Helmholtz, que consta de un volumen y uno (o más) puertos. El puerto se caracteriza por su superficie y su longitud, que define un volumen de aire que circula en el mismo y por tanto una frecuencia natural, así como resonancias secundarias.
Es una variación del bass reflex, que utiliza un woofer sin motor (bobina e imán) en lugar del puerto. El término exacto es «radiador pasivo». Permite una extensión de la respuesta de graves, al igual que su homólogo. Este sistema posee mejor respuesta a las bajas frecuencias, pero su construcción resulta cara y puede tener algo de pérdida de potencia.
los altavoces de bocina son los sistemas de altavoces más antiguo. El uso de bocinas acústicas como amplificadores de voz megáfonos se remonta por lo menos al siglo XVIII, y las bocinas se usaban en Fonógrafos mecánicos desde 1877. Un altavoz de bocina utiliza una guía ondas conformada delante del altavoz para incrementar la directividad del sistema. Transformando una pequeña superficie con alta presión en el cono a una gran superficie con baja presión en la boca de la bocina. Esto transforma la impedancia electroacústica/mecánica entre el altavoz y el ambiente, incrementando la eficiencia y enfocando el sonido en una dirección.
El tamaño de la garganta, boca, la longitud de la bocina, así como la forma con la que se expande, se deben seleccionar cuidadosamente para adaptarse al altavoz y permitir que esta función de transformación ocurra en una banda de frecuencias (todas las bocinas tienen un rendimiento pobre fuera de sus límites acústicos, tanto en altas como en bajas frecuencias). La longitud y sección de la boca requeridas para bajas frecuencias necesitan bocinas de más de un metro de largo. Las «bocinas plegadas» pueden reducir el tamaño total, pero obligan al diseñador a hacer compromisos y a una mayor complicación de coste y fabricación.
Un altavoz de bocina puede tener una eficiencia de hasta 110 dB a 2,83V (1W a 8Ω)a 1 metro. Esto es cien veces superior a lo obtenido con un altavoz dinámico que suelen llegar a una eficiencia de 90 dB y son imprescindibles en aplicaciones donde se requieren altos niveles sonoros o la amplificación está limitada.
Es un diseño de caja acústica que utiliza una línea de transmisión acústica en el interior de la caja. El sonido de la parte posterior del altavoz se dirige por un conducto largo y acolchado (generalmente plegado) con un orificio al final que lo comunica con el exterior, creando interferencias constructivas a bajas frecuencias con el altavoz. Comparado con los diseños relativamente simples de las cajas selladas o bass reflex, permite un mayor control de la energía y el sonido resultante.
Es una caja abierta sin fondo o simplemente una placa más o menos grande, que separa la onda trasera del altavoz de la onda delantera, limitando así el cortocircuito acústico. El bafle debe ser tanto más grande como se desee bajar en frecuencia. El cortocircuito acústico todavía se produce a bajas frecuencias, para longitudes de onda que superan el tamaño de la placa.
Para conectar una caja acústica a una fuente de señal de audio, está equipada con uno o más conectores. Estos conectores difieren (al menos en principio) según se trate de un altavoz pasivo o amplificado. En el primer caso, se trata de poder transmitir una potencia que puede ser significativa (varios cientos de vatios) y una alta tensión, potencialmente peligrosa. En el segundo, la potencia es insignificante y el voltaje bajo. los requisitos son muy diferentes. Además, dependiendo del uso previsto de la caja acústica (escucha doméstica para el público en general, instalación de sistemas de sonido fijos, sistemas de sonido móviles, músicos), los conectores y las cualidades requeridas varían enormemente.
Las cajas acústicas pasivas, destinadas a ser conectadas a un amplificador de potencia, deben utilizar conectores capaces de transmitir potencia sin pérdidas apreciables y garantizar una buena seguridad tanto para el usuario como para el equipo (sin riesgo de cortocircuito).
Para utilizaciones de consumo masivo (alta fidelidad y similares) han surgido dos tipos de conectores: por un lado, los terminales de presión (se introduce un cable en un orificio presionando un botón y cuando se suelta un sistema de guillotina asegura el contacto) y los bloques de terminales también aceptan el conector banana de 4 mm. Estos bloques de terminales pueden recibir el extremo de cables desnudos o provistos de terminales. A menudo son los conectores preferidos por los aficionados exigentes porque ofrecen una mayor superficie de contacto y una mayor universalidad de uso. Aunque una directiva europea prohíbe el uso de enchufes tipo banana para voltajes superiores a 25 V , siguen siendo muy utilizados porque son muy prácticos. El principal inconveniente de todos estos modos de conexión es la ausencia de un dispositivo de polaridad. Así, es posible conectar un altavoz al revés, lo que no presenta ningún riesgo, pero deteriora mucho la reproducción acústica ya que algunos de los transductores de la instalación presentan una inversión de fase. Por tanto, es necesario verificar este punto, la técnica convencional consiste en utilizar una pila: cuando se conecta una pila a un altavoz o una caja acústica, la membrana del altavoz avanza si la conexión es correcta (positivo con positivo y negativo con negativo) y retrocede si la conexión está en contrafase.
Para usos profesionales, se impone el conectorSpeakon: especialmente diseñado para este uso por Neutrik, no presenta riesgo de error o invertir la conexión y se bloquea automáticamente, evitando cualquier desconexión intempestiva. Hay varios modelos de conectores Speakon para satisfacer necesidades específicas. Los altavoces profesionales casi siempre están equipados con al menos dos conectores para proporcionar retroalimentación de modulación para combinaciones de altavoces u otras necesidades.
Los músicos han utilizado durante mucho tiempo (y con frecuencia siguen utilizando) conectores jack de 6,35 mm ( 1/4 de pouce ). Este conector, muy económico y práctico, tiene el inconveniente de ser utilizado para otros usos, de ahí el riesgo de daños por confusión. Además (aparte de los modelos en ángulo bastante raros) sobresale de la parte posterior del altavoz y, por lo tanto, se puede romper fácilmente. También se puede desconectar fácilmente si se tira del cable, por lo que debe evitarse su uso para este fin. Las tomas (al menos para este trabajo) se encuentran principalmente en equipos semiprofesionales, pero pueden estar presentes en paralelo con otros conectores, especialmente Speakon.
Por último, en ocasiones se han utilizado conectores XLR profesionales para la conexión de altavoces pasivos, pero, es una práctica no recomendable por los riesgos de confusión con los usos habituales de este tipo de conector.
Las cajas acústicas que incorporan amplificador de potencia pueden recibir, según modelo, una señal analógica a nivel de línea o una señal digital según un estándar correspondiente a su uso.
Los altavoces profesionales (sistema de sonorización y similares) utilizan, para conexiones analógicas, conectores XLR con conexiones balanceadas. En equipos móviles, estos conectores pueden ser del tipo «combinado», lo que permite el uso de un conector XLR y un conector jack de 6,35 mm. Las entradas son normalmente de nivel de línea, pero muchos modelos ofrecen una entrada de micrófono, a veces con un mezclador. En cuanto a los altavoces pasivos, los conectores se duplican para asegurar el retorno de la modulación si fuera necesario.
Las principales características de un altavoz son:
Para que un equipo sea considerado de calidad debe cubrir al menos el margen de las audiofrecuencias, las frecuencias audibles para los humanos, es decir (20-20.000 Hz).
Cuanto mayor sea la respuesta en frecuencia de un equipo, más calidad tendrá el sonido final. Así, a los nuevos formatos de audio digital que sobrepasan sobradamente este margen (SACD, 20-100 kHz y DVD-Audio, 20-80 kHz) se los cataloga como formatos HI-FI (High Fidelity) «Alta Fidelidad».
Pero la respuesta en frecuencia del altavoz no es plana. El altavoz ideal debería dar una respuesta uniforme es decir, igual potencia a todas las frecuencias, pero este altavoz no existe. En las especificaciones técnicas viene indicada la respuesta en frecuencia:
La banda conflictiva es la de los graves, por ello, no se empieza la medición en los 20-30 Hz, sino que se eleva esta cifra hasta los 80 Hz.
En las especificaciones técnicas también suele venir la curva de respuesta en frecuencia, pero hay que tener en cuenta, que los fabricantes probablemente hayan hecho sus mediciones en las condiciones más favorables, por lo que los resultados reales normalmente serán inferiores.
Hace referencia a la potencia eléctrica que admite el altavoz (no a la potencia acústica). Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que este distorsione en exceso o de que pueda sufrir daños. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.
Potencia máxima, en régimen continuo, que puede soportar el altavoz sin deteriorarse. Si se hace trabajar al altavoz por encima de esta potencia se podrá dañar irremediablemente ya que este no podrá disipar el calor producido por la corriente eléctrica que circula por la bobina y esta puede fundir el aislante que recubre el hilo de cobre que la forma, provocando cortocircuitos o cortándose la espalda por fusión del hilo de cobre.
La fórmula para obtener la potencia eléctrica de entrada necesaria es:
Donde:
Corresponde a la potencia máxima que se puede denominar como un parlante.
Potencia máxima impulsiva (un pico de señal), que puede soportar cada cierto tiempo el altavoz antes de deteriorarse. Corresponde al valor máximo instantáneo de potencia que puede aplicarse durante un tiempo muy corto. Este valor está muy relacionado con otra limitación de los altavoces que es el máximo recorrido de la bobina sin que se destruya el diafragma (este problema se denomina desconado del altavoz). Esta potencia es mayor que la potencia media máxima.
Las dos anteriores son quizás las más importantes pero existen otras cuya medida es importante para conocer el comportamiento de los altavoces a corto, mediano y largo plazo.
PMPO (siglas del inglés peak music power output) es una especificación de potencia común en equipos de consumo como radiograbadores o minicomponentes que representa el valor pico que es capaz de soportar un altavoz durante un tiempo extremadamente corto (frecuentemente 10 ms); se mide generalmente hasta que el altavoz se queme; dando valores mayores a la de la potencia pico máxima. Es importante aclarar que esta especificación es del altavoz y no del amplificador que lo alimenta, lo que puede dar falsas expectativas al comprar un equipo. En otras palabras, la potencia PMPO no es un valor «real», sino más bien comercial de potencia sonora. Para mayor fidelidad se recomienda utilizar la potencia media (AVG) que representa la potencia real que el amplificador es capaz de entregar.
Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes, cuando se le excita con una señal de prueba que simula el espectro musical durante un segundo.
Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes, cuando se le excita con una señal de prueba que simula el espectro musical durante un minuto; también a futuro hace mucho daño en el sentido auditivo.
Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes (mecánicos o térmicos), cuando se le excita con una señal de forma senoidal continua en una determinada banda de frecuencias. Esta medida es comúnmente conocida como Raíz de la Media Cuadrática, abrevidamente RMS (del inglés Root Mid Square) y es el valor más fiable y comúnmente extendido para hablar de la potencia de un amplificador.
Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes (mecánicos o térmicos), cuando se le excita con una señal ruidosa en alguna banda del espectro.
Un parámetro importante (y muy relacionado con la potencia) de los altavoces es la eficiencia. La eficiencia es una medida del rendimiento de la transducción electro-acústica. Es la relación de la potencia acústica del altavoz y la potencia eléctrica necesaria para ello:
La eficiencia de un altavoz nunca supera el 50 % y generalmente es menor al 10 %. En equipos domésticos (inclusive de alta calidad), la eficiencia es del orden de 0.5-1 %. Afortunadamente, no se requiere una potencia acústica elevada para obtener un elevado volumen sonoro.
La impedancia, conceptualmente, es la oposición que presenta cualquier elemento o dispositivo al paso de una corriente alterna (sinusoidal), en este caso la fuente de audio es una mezcla de varias frecuencias con lo cual la impedancia no tendrá el mismo valor en todo el rango de frecuencias. La impedancia se expresa en Ohmios.
Como en los altavoces la impedancia varía en función de la frecuencia, cada modelo de altavoz en sus especificaciones técnicas tendrá una curva con esta relación impedancia-frecuencia distinta. La impedancia de los altavoces viene especificada para una frecuencia concreta que sirva de referencia, generalmente 1 kHz, a menos que el fabricante indique otro valor.
Si se quiere obtener una transferencia máxima de energía entre la fuente de sonido (el amplificador) y el altavoz, las impedancias entre ellos deben ser las mismas o en su defecto la mínima aceptada por el amplificador.
Las impedancias normalizadas de los altavoces son 2, 3.2, 4, 6, 8, 16 y 32 ohmios, pero las más utilizadas son 4 en sonido automotriz, 6 para sistemas mini componentes, 8 para los sistemas de alta fidelidad, 16 para sistemas de sonido envolvente (surround) y auriculares.
Por ejemplo, un altavoz tiene las siguientes especificaciones técnicas:
Si el valor de impedancia cambiara (y, de hecho, esta no es constante en todo el rango de frecuencias), cambiaría también la potencia aplicada al altavoz.
A saber, se tendrá que aplicar la fórmula:
en la que:
El primer paso para poder aplicar la fórmula es averiguar cuál es el valor de la tensión (en voltios):
Con dicha fuerza electromotriz (E) al cambiar la impedancia del altavoz la potencia cambiará por tanto:
Si cambiamos el altavoz por uno de, por ejemplo 4 Ω (nominal), la nueva potencia sería:
Por tanto la potencia aplicada al nuevo altavoz sería:
como se puede observar, mayor a la obtenida con el altavoz de 8 Ω, esto puede hacerse siempre y cuando, el amplificador pueda manejar el nuevo nivel de corriente.
El mismo razonamiento se puede aplicar para otras impedancias y se verá que la potencia aplicada depende de la impedancia del altavoz.
Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica. Es decir, mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida.
Suele darse en dB/W, medidos a 1 m de distancia y aplicando una potencia de 1 W al altavoz (2,83 V sobre 8 Ω). Se suele utilizar sonido rosa (AES 1984) con 6 dB de cresta para testearlos.
Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre. Esto se debe a que la mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.
En los altavoces, a diferencia del micrófono, la sensibilidad no es un indicativo de «calidad sonora», pues la práctica ha demostrado que altavoces de inferior sensibilidad producen mejor «coloración sonora».
El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz. Es el porcentaje que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada. Potencia acústica / potencia eléctrica x 100. El rendimiento de un altavoz es muy bajo, suele estar comprendido entre el 1-5 %. Si entran 100 W salen 1-5 W.
El altavoz es uno de los sistemas de audio que presenta mayor distorsión, por lo que los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. La distorsión tiene causas muy variadas: flujo del entrehierro, vibraciones parciales, modulación de frecuencia sobre el diafragma, alinealidad de las suspensiones, etc.
Indica la dirección del sonido a la salida del sistema, es decir, el modo en el que el sonido se disipa en el entorno.
En realidad, ningún altavoz da una respuesta, pues sea cual sea su direccionalidad global, siempre son más direccionales cuando se trata de altas frecuencias (agudos) que cuando se trata de bajas frecuencias (graves).
La forma más gráfica de dar la directividad es mediante un diagrama polar, que normalmente es recogido en las especificaciones, pues cada modelo tiene una respuesta concreta.
Un diagrama polar es un dibujo técnico que refleja la radiación del altavoz en el espacio, en grados, para cada punto de sus ejes (horizontal y vertical).
Dependiendo de su directividad se puede decir que un cono de altavoz es:
Radían igual en todas direcciones, es decir, en los 360°.
Por la importancia de la frecuencia de resonancia del propio altavoz, es un diagrama polar muy poco utilizado en altavoces. Los altavoces que utilizan esta direccionalidad requieren de grandes cajas acústicas.
El diagrama polar tiene forma de ocho, es simétrico.
Emiten sonido tanto por delante como por detrás de igual forma, mientras que son prácticamente «mudos» en los laterales.
Los ángulos preferentes se sitúan en torno a los 120º.
Los diagramas polares bidireccionales no se utilizan demasiado por idénticas razones que los omnidireccionales: requieren de grandes cajas acústicas.
Son los altavoces que emiten el sonido en una dirección muy marcada y son «relativamente silenciosos» en las otras.
Dentro de los direccionales, los más utilizados son los cardioides. El altavoz cardioide se llama así porque su diagrama polar tiene forma de corazón (curva cardioide), lo que se traduce en que radian hacia la parte frontal y tienen un mínimo de sensibilidad en su parte posterior, donde se produce una atenuación gradual.
El ángulo preferente lo alcanza en un ángulo de 180 grados
Existen muchos tipos más, pero estos son los más comunes y usados.
La señal eléctrica de entrada actúa sobre la bobina móvil que crea un campo magnético que varía de sentido de acuerdo con dicha señal. Este flujo magnético interactúa con un segundo flujo magnético continúo generado normalmente por un imán permanente que forma parte del cuerpo del altavoz, produciéndose una atracción o repulsión magnética que desplaza la bobina móvil, y con ello el diafragma adherido a ella. Al vibrar el diafragma mueve el aire que tiene situado frente a él, generando así variaciones de presión en el mismo o vibraciones, o lo que es lo mismo, ondas sonoras.
En estos altavoces el motor es un material piezoeléctrico, que al recibir una diferencia de tensión entre sus superficies metalizadas experimenta alargamientos y compresiones. Si se une a una de sus caras un diafragma, este sufrirá desplazamientos capaces de producir una presión radiada en frecuencia audible. Es poco lineal, con bajo rendimiento y se limita su uso a altas frecuencias.
Los altavoces piezoeléctricos se utilizan frecuentemente como zumbadores en relojes y otros dispositivos electrónicos y a veces se usan como tweeter en sistemas económicos, como ordenadores y radios portátiles. Los altavoces piezoeléctricos tienen varias ventajas sobre los altavoces convencionales: resisten las sobrecargas de destruirían otros altavoces de alta frecuencia, se pueden usar sin filtro de cruce debido a sus propiedades eléctricas. También tienen inconvenientes, algunos amplificadores pueden oscilar con una carga capacitiva como un altavoz piezoeléctrico, lo que genera distorsión y/o daños al amplificador. Además, su respuesta en frecuencia es en la mayoría de los casos inferior a la de otras tecnologías. Por eso su uso se limita a aplicaciones no críticas o como zumbador (de frecuencia única). Los altavoces piezoeléctricos tienen una respuesta extendida a las altas frecuencias, esto es muy útil en aplicaciones específicas, como por ejemplo el sonar donde variantes piezoeléctricas se utilizan tanto como dispositivos de salida (para generar sonido bajo el agua) y como dispositivos de entrada (actuando como sensores de micrófonos subacuáticos). Además, tienen otras ventajas en estas aplicaciones, su construcción simple y robusta, resiste el agua marina mejor que una cinta o membrana. En 2013 Kyocera presentó un altavoz piezoeléctrico ultrafino con una profundidad de solo 1mm para sus televisiones OLED de 55”, proporcionando mejor claridad que un altavoz de TV convencional.
En vez de que una bobina mueva un diafragma, un altavoz magnetostático usa una disposición de tiras metálicas fijadas a una gran membrana plana y fina. La señal de corriente que pasa por las tiras interactúa con el campo magnético de los imanes permanentes montados por detrás. La fuerza producida mueve la membrana y por consiguiente el aire que tiene por delante. Generalmente estos diseños tienen una eficiencia menor que los altavoces dinámicos.
Están basados en la propiedad de magnetostricción, se han utilizado principalmente en aplicaciones de sonar, radiadores de sonido ultrasónico, pero su uso también se ha extendió a sistemas de audio. Los altavoces magneto elásticos tienes unas propiedades específicas ventajosas: Pueden proporcionar una fuerza de gran magnitud con una pequeña excursión que otras tecnologías, las excursiones pequeñas evitan distorsiones, la bobina de magnetización permanece estática y por lo tanto es más fácil de refrigerar, son robustos pues no requieren suspensiones delicadas. Fostex produce transductores magneto elásticos. y FeONIC También se han fabricado transductores para subwoofers.
Estos altavoces tienen una estructura de condensador, con una placa fija y otra móvil (el diafragma), entre las que se almacena la energía eléctrica suministrada por una fuente de tensión continua. Cuando se incrementa la energía almacenada entre las placas, se produce una fuerza de atracción o repulsión eléctrica entre ellas, dando lugar a que la placa móvil se mueva, creando una presión útil. Tienen mayor coste que los dinámicos.
Utilizan un campo eléctrico de alta tensión (en vez de un campo magnético) para impulsar una fina membrana cargada electroestáticamente. Al ser impulsada por toda la superficie de la membrana, en vez de por una pequeña bobina, normalmente proporcionan un movimiento mas lineal con menor distorsión que los altavoces dinámicos. Tienen un diagrama de dispersión relativamente estrecho, que crea un posicionamiento preciso del campo sonoro. Sin embargo, el área de escucha optima es pequeña y no son muy eficientes. El mayor inconveniente es que debido a las limitaciones prácticas de construcción, la excursión de la membrana es limitada. Cuanto mas separados están las rejillas de los estatores mas alta debe ser el voltaje de trabajo para tener una eficiencia aceptable, esto incrementa la tendencia a producir arcos eléctricos y la atracción del polvo. Los arcos eléctricos son un problema potencial con las tecnologías actuales, sobre todo cuando se deposita polvo o se utilizan con señales de alto nivel. Los altavoces electrostáticos son inherentemente radiadores en dipolo y debido a su fina y flexible membrana, no son adecuados para usar bafles que reduzcan la cancelación de baja frecuencia. Debido a esto y a su limitada excursión, los altavoces electrostáticos de rango completo son grandes por naturaleza, y la frecuencia de corte corresponde a un cuarto de la longitud de onda de la dimensión mas pequeña del panel. Para reducir el tamaño de los productos comerciales, a veces se usa un electrostático en altas frecuencias combinado con un altavoz dinámico convencional que se encarga de las bajas frecuencias eficientemente. Normalmente, los altavoces electrostáticos se alimentan a través de un transformador elevador, que multiplica el voltaje producido por el amplificador. Este transformador, también multiplica la carga capacitiva inherente a los altavoces electrostáticos, lo cual hace que la impedancia efectiva presentada al amplificador varia significativamente en frecuencia. Un altavoz con carga nominal de ocho ohmios presenta una carga de un ohmio en alta frecuencia, lo cual puede ser problemático para algunos amplificadores.
El altavoz de cinta tiene un funcionamiento similar al altavoz dinámico, pero con diferencias notables. La más obvia, en lugar de bobina, el núcleo es una cinta corrugada.
El llamado 'Cine en casa' o Home cinema es un sistema o conjunto de varios altavoces que intenta acercar la calidad de sonido a la que se escucha en una sala de cine. Se pueden observar:
Es importante notar que los canales de sonido ofrecidos a los altavoces podrían ser canales individuales originales (normalmente en 5.1) o podrían descodificar canales adicionales para los canales envolventes (Esta distribución debe ser acompañada por un descodificador Dolby Digital EX y un descodificador THX Surround) o ser simulados (donde los dos canales envolventes son ampliados al centro trasero o a los altavoces gemelos traseros, según sea el caso).