Suspensión acústica

La suspensión acústica es un diseño de caja acústica que utiliza uno o más transductores montados en una caja sellada. Los sistemas de suspensión acústica reducen la distorsión de los graves , que puede ser causada por las suspensiones rígidas necesarias en los transductores utilizados en diseños de cajas abiertas.

Edgar Villchur describió en 1954 un altavoz compacto de suspensión acústica , ^{[ 1 ]} y Villchur y Henry Kloss lo llevaron a producción comercial con la fundación de Acoustic Research en Cambridge, Massachusetts. ^{[ 2 ]} En 1960, Villchur ^{[ 3 ]} reiteró que: El primer objetivo del diseño de suspensión acústica, además de la uniformidad de la respuesta en frecuencia, la compacidad y la extensión de la respuesta al rango de graves bajos, es reducir significativamente el nivel de distorsión de graves que se había tolerado previamente en los altavoces. Esto se logra sustituyendo un resorte de aire por uno mecánico. Posteriormente, Richard H. Small describió extensamente la teoría de los altavoces de caja cerrada . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Las cajas acústicas con suspensión acústica pueden proporcionar una respuesta de graves bien controlada, especialmente en comparación con una caja acústica de tamaño equivalente que tenga un puerto bass reflex o ventilación. El puerto bass reflex aumenta la salida de baja frecuencia, pero a costa de introducir retardo de fase y problemas de precisión en la reproducción de señales transitorias. Las cajas selladas son generalmente menos eficientes que una caja bass reflex para la misma frecuencia de corte de baja frecuencia y volumen de caja, ^{[ 6 ]} por lo que una caja acústica sellada necesitará más potencia eléctrica para ofrecer la misma cantidad de salida acústica de graves de baja frecuencia.

El woofer de suspensión acústica utiliza el colchón elástico de aire dentro de una caja sellada para proporcionar la fuerza de recuperación al diafragma del woofer. El colchón de aire actúa como un resorte de compresión. Esto contrasta con la rígida suspensión física integrada en el transductor de los altavoces convencionales. Dado que el aire en la caja controla la excursión del woofer, se puede reducir la rigidez mecánica de la suspensión del transductor. La suspensión de aire proporciona una fuerza de recuperación más lineal para el diafragma del woofer , lo que le permite oscilar una mayor distancia (excursión) de forma lineal. Esto es fundamental para lograr una baja distorsión y una reproducción potente de graves profundos con transductores de conos relativamente pequeños. ^{[ 1 ]}

Aunque las cajas acústicas de suspensión suelen denominarse cajas selladas , no son completamente herméticas. Es necesario permitir una pequeña circulación de aire para que el altavoz pueda adaptarse a los cambios de presión atmosférica . Un borde de cono semipermeable permite suficiente movimiento de aire para este fin. La mayoría de los diseños de Acoustic Research utilizaban un sellador de PVA en los bordes de espuma para prolongar la vida útil de los componentes y mejorar el rendimiento. La ventilación se realizaba a través de la araña de tela y las tapas antipolvo de tela, y no tanto a través del borde del cono.

Los woofers de suspensión acústica siguen siendo populares en los sistemas de alta fidelidad debido a su baja distorsión. Además, presentan un retardo de grupo menor en bajas frecuencias en comparación con los diseños bass reflex, lo que resulta en una mejor respuesta transitoria . Sin embargo, la audibilidad de este beneficio es objeto de debate. Como señaló Small, ^{[ 6 ]} un análisis realizado por Thiele ^{[ 7 ]} sugirió que las diferencias entre sistemas correctamente ajustados de ambos tipos probablemente sean inaudibles.

En la década de 2000, la mayoría de los subwoofers , amplificadores de graves y altavoces para sistemas de refuerzo de sonido utilizaban puertos bass reflex, en lugar de cajas selladas, para obtener una respuesta de baja frecuencia más amplia y alcanzar un mayor nivel de presión sonora (SPL). Tanto los diseñadores de cajas acústicas como sus clientes consideran que el riesgo de una mayor distorsión y retardo de fase es un precio aceptable a pagar por una mayor potencia de graves y un SPL máximo más elevado.

Los dos tipos más comunes de cajas acústicas son la suspensión acústica (a veces llamada suspensión neumática) y el bass reflex . En ambos casos, la sintonización afecta a la parte inferior de la respuesta del transductor, pero por encima de cierta frecuencia, el propio transductor se convierte en el factor dominante y el tamaño de la caja y los puertos (si los hay) resultan irrelevantes.

En general, los sistemas de suspensión acústica (altavoz más caja) presentan una atenuación acústica de segundo orden (12  dB/octava) por debajo del punto de -3 dB  . Los diseños bass reflex presentan una atenuación acústica de cuarto orden (24  dB/octava). Si se utiliza un altavoz adecuado para cualquiera de los dos tipos de caja, la caja bass reflex ideal será más grande, tendrá un punto de -3 dB  más bajo , pero ambos sistemas tendrán la misma sensibilidad de voltaje en la banda de paso .

A la derecha se muestra una simulación de la respuesta de baja frecuencia de un altavoz de medios/graves típico de 5", el FaitalPRO 5FE120 ^{[ 8 ]} , generada mediante WinISD ^{[ 9 ]} para configuraciones ideales de caja sellada (amarilla) y con puerto (cian). La versión con puerto añade aproximadamente una octava de extensión de graves, bajando el punto de -3 dB de 100 Hz a 50 Hz, pero la contrapartida es que el tamaño de la caja es más del doble, 8 litros de espacio interior frente a 3,8 litros. También cabe destacar que por encima de 200 Hz las simulaciones convergen y no hay diferencia en la salida, y por debajo de 32 Hz la caja sellada produce una mayor salida de baja frecuencia.       

Small ^{[ 4 ]} presentó la limitación de eficiencia física, ancho de banda y volumen del diseño de sistemas de caja cerrada. Al considerar la variación en la eficiencia de referencia del transductor que opera en la caja del sistema, se determinó la relación entre la eficiencia de referencia máxima, la frecuencia de corte y el volumen de la caja para sistemas de altavoces de caja cerrada. Posteriormente, Small ^{[ 10 ]} derivó una relación similar para sistemas de altavoces de caja ventilada. Cuando Small ^{[ 6 ]} comparó estos dos conjuntos de resultados, reveló que el sistema de caja cerrada tiene un valor teórico máximo de eficiencia de referencia 2,9  dB menor que el del sistema de caja ventilada. Esto sugiere que un altavoz de suspensión acústica con el mismo volumen de caja y una frecuencia de corte de -3  dB que un sistema de caja ventilada será hasta 2,9  dB menos sensible que su contraparte. Si la eficiencia de referencia y la frecuencia de corte de los dos sistemas son las mismas, entonces el volumen de la caja del altavoz de suspensión acústica será aproximadamente el doble que el del sistema ventilado.

Si bien los altavoces de alta fidelidad con caja suelen describirse como de suspensión acústica o con puerto bass reflex (bass reflex), según la presencia o ausencia de un puerto o ventilación, también es cierto que, en los altavoces de caja típicos con más de dos transductores, el transductor de rango medio entre el woofer y el tweeter suele diseñarse como un sistema de suspensión acústica. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Dicho transductor de rango medio incluye un espacio de aire sellado, amortiguado y separado. Sin embargo, una excepción notable a esto fue el Sonus Faber Stradivari Homage, que utilizaba una caja con puerto para el rango medio. ^{[ 14 ]}

• Radiador pasivo (altavoz)
• Altavoz de línea de transmisión