El Cortocircuito Acústico: Causas, Comportamiento y Soluciones en Altavoces

El cortocircuito acústico

Una membrana de un altavoz radiando libremente origina un aumento de presión en un lado del diafragma y una disminución de presión en el lado opuesto, generando dos señales acústicas desfasadas 180º. Suponiendo que trabajamos con frecuencias suficientemente bajas tales que D << λ (donde D es el camino entre los dos centros del diafragma), se puede aproximar esta situación a un dipolo acústico.

Fundamentos matemáticos

La presión del dipolo a una distancia r se define como:

p(r,t) = j2A√2 / r · e^j(ωt-kr) · e^ángulo · sen(k(D/2)cos(θ))

Donde A = jρ₀ckU₀ / 4π. Así pues, la presión efectiva es:

|Pef| = 2ρ₀ckU₀ / 4πr · sen(k(D/2)cos(θ))

Comportamiento en frecuencia

Tomando θ = 0 y en baja frecuencia kD/2 = πD/λ << 1, obtenemos:

|Pef| = ρ₀πS_dD f² u_d / rc = K₁f²u_d

Como se puede ver, la |Pef| está en función de la velocidad del diafragma (u_d), la cual a su vez depende de la frecuencia:

• Por debajo de la frecuencia de resonancia: u_d se aproxima a c₁f, por lo que |Pef| = K₁f² · c₁f = K₂f³, es decir, una caída de 18 dB/octava.
• Por encima de la frecuencia de resonancia (respuesta plana): Sabemos que u_d = k₃/f, con lo que |Pef| = K₁f² · K₃/f = K₄f, es decir, una caída de 6 dB/octava.
• Altas frecuencias: La presión sonora no presenta cortocircuito acústico.

Limitaciones y soluciones

El límite inferior viene impuesto por la frecuencia de corte en vez de la frecuencia de resonancia mecánica, lo que provoca una pérdida significativa de energía en bajas frecuencias. Para mitigar este efecto, se proponen las siguientes soluciones:

1. Bocina: Alojar el altavoz en una bocina lo suficientemente larga.
2. Caja abierta: Encerrar el altavoz en una caja abierta por detrás (esta opción no resuelve el problema eficazmente).
3. Panel rígido: Montar el altavoz en un panel rígido de grandes dimensiones.
4. Recinto acústico (Solución práctica): Colocar el altavoz en una caja completamente cerrada.

El recinto acústico impide la interacción entre las ondas sonoras de ambas caras del diafragma. La solución ideal es una pared de dimensiones infinitas, ya que a medida que aumenta el bafle, la frecuencia de corte disminuye. Otra forma práctica es disponer el altavoz en un tabique que separe dos habitaciones, de modo que cada una reciba las ondas procedentes de una cara distinta del cono.