Altavoces: Funcionamiento, Características Técnicas y Tipos de Crossover

Funcionamiento del Altavoz Dinámico y sus Componentes

El altavoz dinámico es el tipo más comúnmente utilizado en sistemas de audio. Su principio de funcionamiento se basa en la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica que provoca el movimiento de un diafragma, generando ondas sonoras.

Componentes Principales del Altavoz Dinámico

1. Cono: Es el diafragma vibrante que produce el sonido al desplazar el aire.
2. Campana: Estructura metálica que soporta y alinea los componentes internos del altavoz.
3. Imán permanente: Genera un campo magnético estático esencial para el movimiento de la bobina.
4. Yugo: Parte del circuito magnético que concentra y dirige el flujo magnético.
5. Bobina móvil: Enrollamiento de hilo conductor que se mueve dentro del campo magnético del imán cuando recibe una señal eléctrica.
6. Araña: Elemento de suspensión flexible que centra la bobina móvil y permite su movimiento axial.
7. Tapa protectora: Protege la bobina móvil del polvo y otros elementos externos.
8. Terminales de conexión: Puntos de entrada para la señal eléctrica proveniente del amplificador.

Características Técnicas Clave de los Altavoces

Para entender el rendimiento y la aplicación de un altavoz, es fundamental conocer sus especificaciones técnicas.

Sensibilidad

La sensibilidad determina el nivel de presión sonora (L) que genera un altavoz a una distancia de 1 metro de su eje, cuando se le aplica una potencia de 1 vatio. Se mide en decibelios por vatio y metro (dB/W/m).

Fórmula: L(dB) = S(dB/W/m) + 10log P(W) - 10log d

Potencia

La potencia indica la cantidad de energía eléctrica que un altavoz puede manejar de forma segura por unidad de tiempo.

1. Potencia nominal (RMS): Es la potencia continua de funcionamiento que puede soportar el altavoz sin deteriorarse. Representa la capacidad real de manejo de potencia a largo plazo.
2. Potencia de pico máxima: Es la potencia admisible durante un periodo muy corto de tiempo antes de que el altavoz pueda sufrir daños.

Impedancia

La impedancia representa la oposición que presenta el altavoz al paso de la corriente alterna. Su valor no es constante y varía con la frecuencia.

Se pueden identificar tres rangos principales en la curva de impedancia:

• A frecuencias bajas (cercanas a la frecuencia de resonancia del altavoz).
• A frecuencias superiores a la de resonancia (donde la impedancia tiende a ser más estable).
• A partir de una determinada frecuencia (donde la impedancia tiende a aumentar debido a la inductancia de la bobina).

Ángulo de Cobertura

El ángulo de cobertura es el ángulo en el que la sensibilidad del altavoz decae 6 dB en relación con su eje principal de radiación. Este parámetro es crucial para la dispersión del sonido en un espacio.

Rendimiento

El rendimiento es la relación entre la potencia acústica radiada por el altavoz y la potencia eléctrica de entrada aplicada, expresada en porcentaje. Indica la eficiencia con la que el altavoz convierte la energía eléctrica en sonido.

Fórmula: n = (Pacústica / Peléctrica) * 100%

Distorsión

La distorsión indica la diferencia entre las señales eléctricas aplicadas al altavoz y las señales acústicas realmente producidas. Una baja distorsión es sinónimo de alta fidelidad y reproducción precisa del sonido.

Cortocircuito Acústico

Cuando se aplica una señal eléctrica a un altavoz, el diafragma se desplaza hacia afuera si la señal es positiva, mientras que si es negativa, lo hace hacia dentro. Si las ondas de presión generadas por la parte frontal y trasera del diafragma no están separadas, pueden cancelarse mutuamente, produciendo un "cortocircuito acústico" que reduce drásticamente la respuesta en bajas frecuencias.

Tipos de Recintos Acústicos para Altavoces

Los recintos acústicos son fundamentales para optimizar el rendimiento de un altavoz, especialmente en bajas frecuencias, y para evitar el fenómeno del cortocircuito acústico.

1. Recinto infinito: Idealmente, un baffle muy grande que separa completamente las ondas frontales y traseras del altavoz.
2. Recinto cerrado (suspensión acústica): Una caja sellada que comprime el aire interno, actuando como un resorte para el cono del altavoz, lo que mejora la respuesta transitoria.
3. Recinto bass-réflex (portado): Incorpora un puerto o tubo que sintoniza el aire interno para reforzar las bajas frecuencias, aumentando la eficiencia en graves.
4. Recinto con radiador pasivo: Utiliza un diafragma sin bobina ni imán (radiador pasivo) que se mueve por la presión del aire dentro del recinto, mejorando la respuesta de graves sin necesidad de un puerto.

Configuraciones Especiales de Altavoces

Columnas Acústicas

Las columnas acústicas son agrupaciones de varios altavoces de las mismas características, dispuestas verticalmente. Su objetivo principal es variar el ángulo de cobertura de un único altavoz, logrando una dispersión más controlada y uniforme, ideal para cubrir grandes áreas con sonido consistente.

Altavoces de Bocina

Los altavoces de bocina son dispositivos altamente directivos que sirven para cubrir superficies amplias de radiación a grandes distancias. Utilizan una bocina para acoplar eficientemente la energía del diafragma al aire, aumentando significativamente la eficiencia y la directividad del sonido.

Filtros de Crossover para Sistemas de Audio

Los filtros de crossover son circuitos electrónicos esenciales en sistemas de altavoces multivia. Su función es dividir la señal de audio en diferentes bandas de frecuencia para ser enviadas a los altavoces adecuados (graves, medios, agudos), optimizando su rendimiento y protegiéndolos.

Tipos de Filtro

1. Filtro paso bajo: Elimina las frecuencias altas y solo deja pasar las frecuencias más bajas al altavoz de graves (woofer).
2. Filtro paso banda: Solo deja pasar las frecuencias comprendidas entre dos frecuencias determinadas, ideal para altavoces de medios.
3. Filtro paso alto: Elimina el margen de las frecuencias bajas y solo permite que las frecuencias altas lleguen a los altavoces de agudos (tweeter).

Orden de un Filtro

El orden de un filtro se refiere a la pendiente de atenuación que presenta fuera de su banda de paso. Un orden superior implica una atenuación más pronunciada y una separación más nítida de las frecuencias.

1. Primer orden: Atenuación de 6 dB cada vez que la frecuencia se duplica (6 dB/octava).
2. Segundo orden: Atenuación de 12 dB por octava (o 40 dB/década).
3. Tercer orden: Atenuación de 18 dB por octava (o 60 dB/década).
4. Orden n: Atenuación de n x 6 dB por octava (o n x 20 dB/década).

Compensación de la Respuesta de los Filtros Pasivos

Un filtro pasivo se diseña para una impedancia de carga determinada. Si la impedancia de la carga se modifica (por ejemplo, debido a las variaciones de impedancia del propio altavoz con la frecuencia), las características del filtro (frecuencia de corte, pendiente) también se alterarán, afectando la respuesta final del sistema. Es crucial considerar la impedancia real del altavoz al diseñar filtros pasivos para asegurar un rendimiento óptimo.