Altoparlante
Un altavoz (también conocido como parlante en América del Sur, Nicaragua, Costa Rica, El Salvador, Honduras) es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de sonido. Uno o varios altavoces pueden formar una pantalla acústica.
La transducción sigue un doble procedimiento: eléctrico-mecánico-acústico. En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica, y en la segunda convierte la energía mecánica en ondas de frecuencia acústica. Es por lo mismo tanto la puerta por donde sale el sonido al exterior desde los aparatos que posibilitaron su amplificación, su transmisión por medios telefónicos o radioeléctricos, o su tratamiento.
El sonido se transmite mediante ondas sonoras, en este caso, a través del aire. El oído capta estas ondas y las transforma en impulsos nerviosos que llegan al cerebro y se transforman en señales que se identifican con cosas como música, sonidos y onomatopeyas. Si se dispone de una grabación de voz, de música en soporte magnético o digital, o si se recibe estas señales por radio, se dispondrá a la salida del aparato de señales eléctricas que deben ser convertidas en sonidos; para ello se utiliza el altavoz.
En México, el altavoz se conoce como parlante, altoparlante o bocina. Y en Colombia, Ecuador, Nicaragua, Perú, Chile y Argentina —aunque se entiende el significado de "altavoz" y de "altoparlante"— se conoce más comúnmente como parlante. Por su parte, en Venezuela se le conoce como corneta.
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 Ernst 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.
Las principales características de un altavoz son:
Para que un equipo sea considerado de calidad debe cubrir al menos el margen de las audiofrecuencias (20-20.000 Hz), es decir, la frecuencia audible de los sonidos para los humanos.
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 éstos son los más comunes y usados.
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).