ALTAVOCES
PORTADA
INTRODUCCION
Un altavoz es un transductor electroacústico igual que el microfono pero que a diferencia de este realiza la operacion inversa, es decir transforma señales electricas en ondas de presion, y densidad sonora que como sabemos produce el sonido
Dentro de un sistema de audio es el unico elemento que no es de naturaleza electronica, con lo que será el que mas imperfecto de sus componentes y el que mas variacion presente entre versiones bien implementadas y mal implementadas.
Asi pues, tener un buen altavoz da mucha calidad a nuestro equipo de sonido.
Para situarlo dentro del sistema de audio diremos que ha de estar conectado a una fase previa que amplifique la potencia de audio tal y como los hemos estudiado en el tema 2 de Ingenieria de Ondas 1.
EL ALTAVOZ DINAMICO
Introduccion al altavoz dinamico
Se trata del altavoz más económico y frecuente y su funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos y corrientes.
Sistemas en los que se divide un altavoz dinámico:
- El sistema de excitación,
también conocido como motor de
altavoz, está constituido básicamente
por un imán permanente que posee un fuerte
campo magnético; dentro de ese campo está situada una bobina movil que está unida al cuello del diafragma.
- El sistema acústico tiene por
finalidad impartir un movimiento
al aire que lo rodea. La señal eléctrica hace que
se desplace la bobina y ésta mueve el cono
en este dibujo se ve el esquema de bloques de un altavoz, donde e(t) e i(t) podrián ser energía eléctrica y corriente eléctrica,f(t) y u(t) serían magnitudes mecánicas como fuerza y velocidad, y p(t) y U(t) serían magnitudes acusticas como la presion y la velocidad del fluido.
principio de funcionamiento
¿Cómo funciona un altavoz?
Los altavoces que predominan en el mercado son los electromagnéticos. Todos los altavoces
electromagnéticos tienen el mismo principio de funcionamiento:Partimos de la existencia de un campo magnético permanente creado por un iman fijo, que además va a tener su cara "sur" enfrentada a una bobina movil.
Un grupo de espiras, formadas
por un conductor eléctrico enrollado alrededor de un cilindro que tiene la capacidad de moverse en la dirección longitudinal, producen un campo magnético
variable cuando la corriente del amplificador lo atraviesa y este campo magnético reacciona ante otro fijo.
Esta corriente es la representación eléctrica del sonido,la señal eléctrica que queremos reproducir, y hace que el bobinado (y en consecuencia el diafragma
) reaccione contra el campo magnético fijo producido por el imán.Esto es,si la corriente que entra es positiva, la bobina adquiera polaridad "sur" y se va
a sentir repelida por el iman fijo, si la corriente que entra en la bobina, por el contrario es negativa, la bobina adquiere polaridad "norte" y se sentirá atraida por el iman fijo. Un pulso positivo
debe producir que el cono se desplace hacia fuera y uno negativo hacia dentro. Cuando el diafragma se desplaza,
como resultado de ser propulsado por el iman fijo, produce cambios de presión de aire que percibimos como sonido.
partes del altavoz...
...y en acción
EL ALTAVOZ ELECTROSTATICO
principio de funcionamiento
Hay dos tipos que difieren en el principio fisico:
- Ahora cambiamos el motor del altavoz respecto al caso anterior. Ahora va a ser un condensador plano con una de las placas fijas y la otra móvil,partimos de la definición de capacidad eléctrica:
C = Q/V
dado que supondremos que está aislado, su capacidad va a permanecer invariable,al igual que su carga,.A la placa fija la aplicamos la tensión de la señal
eléctrica que se desea transducir, con lo que se está variando la capacidad ...y ésta debia ser constante!! como para un condensador plano se tiene:
C =eA/d
siendo e la permitividad dielectrica del medio, A el area de la placa y d la distancia entre placas, entonces para mantener la capacidad la placa movil no tendra mas remedio que moverse. La relación entre V y d es directamente proporcional.
A esta lámina conductora móvil se acopla el diafragma que generará las variaciones acusticas en el aire que percibimos como sonido.
- La otra forma de crear el transductor es aun más sencillo de entender, se tiene un condensador cuyas láminas están al mismo voltaje pero de polaridad distinta,que contienen una tercera plancha, ésta mucho más delgada que las anteriores, a modo de diafragma. En algunas ocasiones este diafragma se construye de forma que pese menos que la columna de aire que va a desplazar.
Las dos placas principales se polarizan con una tensión muy elevada de forma que la fuerza generada sea también muy elevada. En el diafragma se conecta la señal eléctrica de audiofrecuencia que se desea convertir a señales sonoras y se amplifica en tensión hasta alcanzar hasta los 500 voltios.
De esta forma, si la tensión es positiva el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada con una tensión negativa, mientras que si la tensión es negativa, el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada con una tensión positiva.
como siempre, este diafragma generará las ondas sonoras al vibrar segun v(t)
ALTAVOCES PIEZOELECTRICOS
Principio físico: efecto piezoeléctrico
La palabra "piezo" se deriva del griego que significa "prensar" y el efecto piezoeléctrico es la producción de electricidad mediante la presión. Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio de funcionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo.
Es un efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación.
las leyes que rigen el efecto piezoeléctrico son:
(1)
(2)
y muestran que la deformacion de un material piezoelectrico es proporcional tanto a la tension mecanica aplicada como al campo electrico aplicado(1), y el efecto inverso, es decir que el desplazamiento electrico(D) en un material es proporcional tanto al campo electrico aplicado, como a la tension mecanica ejercida.
Una vez sabido esto,para la aplicacion del altavoz el motor será un elemento piezoelectrico tal y como el cristal de cuarzo:El voltaje que viene desde el amplificador es aplicado a las caras del cristal por unos electrodos de contacto. Al entrar en movimiento el cristal, hace vibrar al cono, al cual está conectado mecánicamente, creando así las variaciones de presion en el ambiente. A partir de las ecuaciones vistas anteriormente podemos ver el desplazamiento del diafragma como funcion del voltaje:
en primer lugar la tension mecanica aplicada sobre el cristal va a ser 0 en todo momento porquela fuerza mecanica es 0 y T= F/A, las ecuaciones me quedan
dado que la deformacion va a ser igual a:
y el campo electrico para este caso:
concluimos que:
Ademas diremos que un altavoz piezoelectrico presenta un mal funcionamiento a bajas frecuencias ya que su especialidad son los ultrasonidos.
CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS ALTAVOCES
Impedancia
Es la relación compleja (módulo y fase) entre la tensión en bornes del altavoz y la corriente que circula por él, se trata de la impedancia de entrada al circuito altavoz y es dependiente de la frecuencia y por tanto diferente de la resistencia nominal del altavoz(a f=0).
En la figura podemos ver una curva de impedancia de un altavoz de cono al aire (curva roja) y otra de una caja pasiva de dos vías con recinto tipo bass-reflex. Ambos tendrían una impedancia nominal de 8 ohmios. La línea recta verde representa una resistencia de 8 ohmios. Podemos comprobar cómo la impedancia varía en función de la frecuencia, y cómo puede caer a veces por debajo de la impedancia nominal. En el caso del altavoz al aire (línea roja), la impedancia cae hasta 6 ohmios a 200 Hz.
Frecuencia de resonancia
Es la frecuencia a la cual se maximiza la impedancia de entrada
También se puede definir como la frecuencia material de vibración del cono y de la bobina móvil.
La frecuencia de resonancia depende de las características constructivas del altavoz.Uno de los factores que más influye en la frecuencia de resonancia es el diámetro del diafragma. La frecuencia de resonancia es inversamente proporcional al diámetro del diafragma. Mientras más pequeño sea este, mayor es la frecuencia de resonancia. También, si un diafragma es muy rígido tiene una fr más elevada que un diafragma suave
Respuesta en frecuencia
Es la caracteristica Amplitud/frecuencia:
como se puede ver un altavoz no puede en general, satisfacer todo el espectro audible, se emplearán especificos para cada gama, de ahi el uso de woofers subwoofers, etc.
Rendimiento
dB de intensidad sonora a 1m de distancia del eje de radiacion cuando la potencia de la señal eléctrica de entrada es de 1W.
IMPORTANCIA DE LAS CAJAS
Los altavoces tal y como los hemos definido,pueden crear interferencias entre las ondas frontales y posteriores,lo que se conoce como cortocircuito acustico, el problema se ve claramente en el siguiente grafico:
Las ondas interferentes son aquellas que tienen longitudes de onda tales, que pueden bordear el altavoz(elevadas). Para solucionarel problema se han de aislar las ondas frontales de las posteriores,lo que se puede hacer metiendo la parte trasera en una caja.
La más fácil de generar es la caja cerrada hermeticamente que aisla por completo la parte frontal, con lo que es imposible la interferencia, aunque hay otros tipos como la caja reflex que es una cerrada con una abertura tal, que permita salir a las componentes posteriores en fase
con las frontales, reforzandolas. Hay que calcular la abertura, lo que puede ser complicado.Si se realiza bien, refuerza las frecuencias bajas frente a las altas, lo que en ocasiones es agradable.