Lobulación acústica

La lobulación acústica se refiere al patrón de radiación de una combinación de dos o más transductores de altavoz a una frecuencia determinada , tal como se observa al mirar el altavoz de lado. En la mayoría de los altavoces multivía, es en la frecuencia de cruce donde los efectos de la lobulación son más preocupantes, ya que esta determina qué tan bien el altavoz preserva la tonalidad del contenido grabado original. ^{[ 1 ]}

En la práctica, los efectos de la sala y las interacciones acústicas hacen que el altavoz ideal (o la combinación de altavoces ideal) sea prácticamente imposible. Sin embargo, un altavoz con la mejor dispersión en todas las frecuencias de interés (especialmente en la frecuencia de cruce) presentará la menor coloración del sonido, es decir, reproducirá con mayor fidelidad el material grabado. Por lo tanto, un altavoz ideal no tendría lóbulos en ninguna frecuencia; en otras palabras, actuaría como una fuente puntual que irradia omnidireccionalmente en todas las frecuencias. En la práctica, todos los altavoces presentan cierto grado de lóbulos en la frecuencia de cruce. Las razones principales de esto son la distancia física entre los transductores y sus diámetros efectivos en relación con la frecuencia de interés.

La lobulación se mide como una respuesta de filtrado en peine (es decir, áreas de picos y valles) a medida que la posición de escucha varía verticalmente ^con respecto a la posición nominal en el eje. Dado que en la práctica no se puede lograr un frente de onda verdaderamente esférico , los diseñadores intentan que el lóbulo sea lo más ancho posible en la frecuencia de cruce, de modo que en las posiciones de escucha típicas, el altavoz parezca omnidireccional.

Para simplificar, a continuación se asumen dos fuentes puntuales separadas verticalmente por una distancia d ^‡ , ambas irradiando en un semiplano a una frecuencia f determinada . Por lo tanto, podemos expresar la lobulación como una función de d y su relación con la longitud de onda λ . A medida que d se vuelve significativo (o mayor) en comparación con λ , el frente de onda acústico comienza a estrecharse o a volverse más directivo.

La siguiente imagen muestra una representación simplificada de cómo dos conductores no coincidentes exhiben lobulación (la diferencia entre los patrones de lobulación se ha exagerado enormemente para demostrar el efecto):

El punto negro grande representa la posición de escucha vertical con respecto al centro, a una distancia horizontal fija del altavoz. Para longitudes de onda mucho mayores que d , el frente de onda es casi esférico (circular, visto de lado) y el nivel de sonido es constante para diversas posiciones de escucha; la respuesta fuera del eje del altavoz es casi omnidireccional. A medida que la distancia d se aproxima a λ/4 , el frente de onda comienza a estrecharse. En la posición de escucha, el nivel de sonido no es el mismo que si estuviera exactamente a medio camino entre los transductores. La zona donde el nivel de sonido es constante para un rango determinado de posiciones verticales (y una distancia de escucha fija) es el lóbulo. Fuera del lóbulo, el nivel de sonido es mucho menor, y esto es lo que provoca que el altavoz cambie de tonalidad al variar la altura de escucha.

Nota: Para un solo controlador, este efecto se conoce como directividad y es observable tanto en el plano vertical como en el horizontal, donde d es el diámetro del controlador en relación con la longitud de onda. En cambio, el patrón de lóbulos debido a dos o más controladores es principalmente un efecto en el plano vertical, como resultado de la distancia entre los dos controladores.

La razón física de la formación de un lóbulo radica en que, en cualquier punto situado a una distancia desigual de ambos transductores, a ciertas frecuencias (es decir, longitudes de onda) y dependiendo de d y de la diferencia relativa entre las distancias a la posición de escucha, los frentes de onda de cada transductor interferirán de forma constructiva o destructiva. Esta interferencia constructiva o destructiva se produce debido a las fases relativas de las ondas de cada transductor al llegar a la posición de escucha.

Así, para cualquier frecuencia dada, habrá una distancia mínima desde el altavoz por debajo de la cual se producirán cambios radicales en el nivel de sonido al cambiar la posición de escucha verticalmente. Y esta distancia aumenta a medida que aumenta la distancia entre los transductores. Por lo tanto, el mejor compromiso se obtiene cuando, para distancias de escucha prácticas, podemos elegir transductores lo suficientemente grandes como para cubrir la mayor parte posible de la banda de audio, pero a la vez lo suficientemente pequeños como para que puedan estar lo más juntos posible y parezcan una fuente puntual para cualquier distancia de escucha práctica. ^{[ 2 ]}

‡ - El artículo parte de la premisa de una configuración típica de altavoz con varios transductores dispuestos verticalmente. Por lo tanto, el fenómeno de lobulación se observa en el plano vertical. En el caso de transductores dispuestos horizontalmente, el fenómeno de lobulación se observaría en el plano horizontal.