controlador de altavoz electrodinámico

El diafragma se fabrica generalmente con un perfil en forma de cono o cúpula. Se pueden utilizar diversos materiales, pero los más comunes son papel, plástico y metal. El material ideal es rígido, para evitar movimientos incontrolados del cono, tiene poca masa para minimizar los requisitos de fuerza de arranque y los problemas de almacenamiento de energía, y está bien amortiguado para reducir las vibraciones que continúan después de que la señal se haya detenido con poco o ningún zumbido audible debido a su frecuencia de resonancia determinada por su uso. En la práctica, no se pueden cumplir simultáneamente estos tres criterios con los materiales existentes; por lo tanto, el diseño del controlador implica compromisos . Por ejemplo, el papel es ligero y generalmente bien amortiguado, pero no es rígido; el metal puede ser rígido y ligero, pero generalmente tiene poca amortiguación; el plástico puede ser ligero, pero generalmente, cuanto más rígido es, peor es la amortiguación. Como resultado, muchos conos están hechos de algún tipo de material compuesto. Por ejemplo, un cono podría estar hecho de papel de celulosa, al que se le han añadido fibras de carbono , Kevlar , vidrio , cáñamo o bambú ; o podría emplear una estructura tipo sándwich con forma de panal; o se le podría aplicar un recubrimiento para proporcionar rigidez o amortiguación adicionales.

El chasis, bastidor o cesta está diseñado para ser rígido, evitando deformaciones que podrían alterar la alineación crítica con el entrehierro del imán, permitiendo así que la bobina móvil roce con el imán alrededor del entrehierro. Los chasis suelen estar fundidos en aleación de aluminio, en altavoces con estructuras magnéticas más pesadas; o estampados en chapa de acero delgada en transductores de estructura más ligera. ^{[ 2 ]} Otros materiales, como el plástico moldeado y las cestas de compuesto plástico amortiguado, se están volviendo comunes, especialmente para transductores económicos y de baja masa. Un chasis metálico puede desempeñar un papel importante en la disipación del calor de la bobina móvil; el calentamiento durante el funcionamiento altera la resistencia, provoca cambios dimensionales físicos y, si es extremo, quema el barniz de la bobina móvil; incluso puede desmagnetizar los imanes permanentes.

El sistema de suspensión mantiene la bobina centrada en el entrehierro y proporciona una fuerza de recuperación (centrado) que devuelve el cono a una posición neutra después del movimiento. Un sistema de suspensión típico consta de dos partes: la araña , que conecta el diafragma o la bobina móvil al marco inferior y proporciona la mayor parte de la fuerza de recuperación, y el borde , que ayuda a centrar el conjunto bobina/cono y permite un movimiento pistónico libre alineado con el entrehierro magnético. La araña suele estar hecha de un disco de tela corrugada , impregnado con una resina endurecedora. El nombre proviene de la forma de las primeras suspensiones, que eran dos anillos concéntricos de baquelita , unidos por seis u ocho patas curvas . Variaciones de esta topología incluían la adición de un disco de fieltro para proporcionar una barrera contra las partículas que, de otro modo, podrían causar fricción en la bobina móvil.

El borde del cono puede ser de goma o espuma de poliéster , papel tratado o un anillo de tela corrugada recubierta de resina; se fija tanto a la circunferencia exterior del cono como al marco superior. Estos diversos materiales, su forma y tratamiento pueden afectar drásticamente la salida acústica de un altavoz; cada implementación tiene sus ventajas y desventajas. La espuma de poliéster, por ejemplo, es ligera y económica, aunque suele tener cierta fuga de aire y se degrada con el tiempo, la exposición al ozono, la luz ultravioleta, la humedad y las altas temperaturas, lo que limita su vida útil antes de fallar.

El hilo de una bobina móvil suele ser de cobre , aunque también se puede usar aluminio y, rara vez, plata . La ventaja del aluminio es su ligereza, que reduce la masa móvil en comparación con el cobre. Esto aumenta la frecuencia de resonancia del altavoz y mejora su eficiencia. Una desventaja del aluminio es que no se suelda fácilmente, por lo que las conexiones deben estar bien engarzadas y selladas. Las secciones transversales del hilo de la bobina móvil pueden ser circulares, rectangulares o hexagonales, lo que proporciona diferentes volúmenes de hilo dentro del espacio del entrehierro magnético. La bobina se orienta coaxialmente dentro del entrehierro y se mueve hacia adelante y hacia atrás dentro de un pequeño volumen circular (un orificio, ranura o hendidura) en la estructura magnética. El entrehierro establece un campo magnético concentrado entre los dos polos de un imán permanente; el anillo exterior del entrehierro es un polo y el poste central (llamado pieza polar) es el otro. La pieza polar y la placa posterior suelen fabricarse como una sola pieza, llamada placa polar o yugo.

El tamaño y tipo de imán, así como los detalles del circuito magnético, varían según los objetivos de diseño. Por ejemplo, la forma de la pieza polar afecta la interacción magnética entre la bobina móvil y el campo magnético, y a veces se utiliza para modificar el comportamiento del transductor. Se puede incluir un anillo de cortocircuito , o bucle de Faraday , como una fina tapa de cobre colocada sobre la punta del polo o como un anillo grueso situado dentro de la cavidad del imán-polo. Las ventajas de esta complejidad son una impedancia reducida a altas frecuencias, lo que proporciona una salida de agudos extendida, una menor distorsión armónica y una reducción de la modulación de inductancia que suele acompañar a las grandes excursiones de la bobina móvil. Por otro lado, la tapa de cobre requiere un entrehierro de bobina móvil más ancho, con una mayor reluctancia magnética; esto reduce el flujo disponible, lo que requiere un imán más grande para un rendimiento equivalente.

Los electroimanes se utilizaron con frecuencia en las cajas de amplificadores de instrumentos musicales hasta bien entrada la década de 1950; quienes utilizaban amplificadores de válvulas obtenían ahorros económicos, ya que la bobina de campo podía, y generalmente lo hacía, funcionar también como inductor de la fuente de alimentación. Muy pocos fabricantes siguen produciendo altavoces electrodinámicos con bobinas de campo alimentadas eléctricamente , como era común en los primeros diseños.

El alnico , una aleación de aluminio, níquel y cobalto, se popularizó después de la Segunda Guerra Mundial, ya que solucionaba los problemas de los controladores de bobina de campo. El alnico se utilizó comúnmente hasta la década de 1960, a pesar del problema de la desmagnetización parcial de los imanes de alnico . ^{[ 3 ]} En la década de 1960, la mayoría de los fabricantes de controladores cambiaron del alnico a imanes de ferrita , que se fabrican a partir de una mezcla de arcilla cerámica y partículas finas de ferrita de bario o estroncio. Aunque la energía por kilogramo de estos imanes cerámicos es menor que la del alnico, es sustancialmente menos costoso, lo que permite a los diseñadores utilizar imanes más grandes pero más económicos para lograr un rendimiento determinado. Debido al aumento de los costos de transporte y al deseo de dispositivos más pequeños y ligeros, existe una tendencia hacia el uso de imanes de tierras raras más compactos fabricados con materiales como el neodimio y el cobalto de samario . ^{[ 4 ]}

La excursión se define como la distancia que recorre linealmente el cono de un altavoz desde su posición de reposo. Los altavoces de baja frecuencia o subwoofers están diseñados para mover más aire y, por lo tanto, tienen mayor excursión que aquellos diseñados para reproducir frecuencias más altas. Si se fuerza un altavoz más allá de sus límites, puede producirse una sobreexcursión o un tope , ya que la bobina móvil se sale del entrehierro magnético o golpea el fondo del mismo.