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Una caja acústica o gabinete para altavoces es un recinto (a menudo rectangular) en el que se montan los transductores (por ejemplo, woofers y tweeters ) y el hardware electrónico asociado, como los circuitos de cruce y, en algunos casos, los amplificadores de potencia . El diseño de las cajas puede variar desde sencillas cajas rectangulares de aglomerado caseras hasta gabinetes de alta fidelidad muy complejos y costosos, diseñados por ordenador , que incorporan materiales compuestos, deflectores internos, bocinas, puertos bass reflex y aislamiento acústico. El tamaño de las cajas acústicas varía desde pequeños gabinetes tipo "estantería" con woofers de 4 pulgadas (10 cm) y tweeters pequeños , diseñados para escuchar música con un sistema de alta fidelidad en una casa, hasta enormes y pesadas cajas de subwoofer con múltiples altavoces de 18 pulgadas (46 cm) o incluso 21 pulgadas (53 cm) , diseñadas para su uso en sistemas de refuerzo de sonido para conciertos de rock en estadios .
La función principal de una caja acústica es evitar que las ondas sonoras generadas por la superficie posterior del diafragma de un altavoz abierto interactúen con las ondas sonoras generadas en la parte frontal del mismo. Dado que los sonidos generados hacia adelante y hacia atrás están desfasados, cualquier interacción entre ambos en el espacio de escucha crea una distorsión de la señal original tal como se pretendía reproducir. Por lo tanto, un altavoz no puede utilizarse sin instalarlo en un bafle de algún tipo, como una caja cerrada, una caja ventilada, un bafle abierto o una pared o techo (bafle infinito). [ 1 ] [ 2 ]
Una caja acústica también desempeña un papel importante en la gestión de las vibraciones inducidas por el marco del altavoz y la masa de aire en movimiento dentro de la caja, así como el calor generado por las bobinas de voz del altavoz y los amplificadores (especialmente en el caso de los woofers y subwoofers). A veces considerada parte de la caja, la base puede incluir patas especialmente diseñadas para desacoplar el altavoz del suelo. Las cajas acústicas diseñadas para su uso en sistemas de megafonía , sistemas de refuerzo de sonido y para su uso por músicos que tocan instrumentos eléctricos (por ejemplo, cajas de amplificadores de bajo ) tienen varias características que facilitan su transporte, como asas de transporte en la parte superior o los laterales, protectores de esquina de metal o plástico y rejillas metálicas para proteger los altavoces. Las cajas acústicas diseñadas para su uso en un estudio doméstico o de grabación normalmente no tienen asas ni protectores de esquina, aunque sí suelen tener una cubierta de tela o malla para proteger el woofer y el tweeter. Estas rejillas son de malla metálica o de tela y se utilizan para proteger el altavoz formando una cubierta protectora sobre el cono del altavoz, permitiendo al mismo tiempo que el sonido pase sin distorsión. [ 3 ]
Las cajas acústicas se utilizan en hogares para sistemas estéreo, sistemas de cine en casa , televisores , radiocasetes y muchos otros aparatos de audio. Las cajas acústicas pequeñas se utilizan en sistemas de audio para automóviles . Los gabinetes de altavoces son componentes clave en diversas aplicaciones comerciales, como sistemas de refuerzo de sonido , sistemas de sonido para salas de cine y estudios de grabación . Los instrumentos musicales eléctricos inventados en el siglo XX, como la guitarra eléctrica , el bajo eléctrico y el sintetizador , entre otros, se amplifican mediante amplificadores de instrumentos y gabinetes de altavoces (por ejemplo, gabinetes de altavoces para amplificadores de guitarra ).
Historia
Al principio, los altavoces de radio consistían en bocinas , a menudo vendidas por separado de la propia radio (típicamente una pequeña caja de madera que contenía los circuitos electrónicos de la radio, por lo que no solían estar alojadas en una caja. [ 4 ] Cuando se introdujeron los transductores de altavoz de cono de papel a mediados de la década de 1920, las cajas de radio comenzaron a hacerse más grandes para albergar tanto la electrónica como el altavoz. [ 5 ] Estas cajas se hicieron principalmente por una cuestión de apariencia, con el altavoz simplemente montado detrás de un orificio redondo en la caja. Se observó que la caja tenía un fuerte efecto en la respuesta de graves del altavoz. Dado que la parte posterior del altavoz irradia sonido fuera de fase con respecto a la parte frontal, puede haber interferencia constructiva y destructiva para altavoces sin cajas, y por debajo de las frecuencias relacionadas con las dimensiones del bafle en altavoces de bafle abierto . Esto resulta en una pérdida de graves y en filtrado de peine , es decir, picos y caídas en la potencia de respuesta independientemente de la señal que se pretende reproducir. La respuesta resultante es similar a la de dos altavoces que reproducen la misma señal pero a diferentes distancias del oyente, lo que equivale a añadir una versión retardada de la señal a sí misma, produciéndose así interferencia tanto constructiva como destructiva.
Antes de la década de 1950, muchos fabricantes no cerraban completamente las cajas de sus altavoces; la parte posterior solía quedar abierta. Esto se debía a varias razones, sobre todo porque los componentes electrónicos (en aquel entonces, equipos de válvulas) podían colocarse en el interior y refrigerarse por convección en la caja abierta.
La mayoría de los tipos de cajas acústicas que se analizan en este artículo se inventaron bien para aislar el sonido desfasado de un lado del altavoz o bien para modificarlo de manera que pudiera utilizarse para mejorar el sonido producido por el otro lado.
Fondo
En cierto modo, el montaje ideal para un transductor de altavoz de baja frecuencia sería un panel plano rígido de tamaño infinito con espacio infinito detrás. Esto evitaría por completo que las ondas sonoras traseras interfirieran (es decir, cancelaciones por efecto de peine ) con las ondas sonoras frontales. Un altavoz de bafle abierto es una aproximación a esto, ya que el transductor se monta en un panel con dimensiones comparables a la longitud de onda más larga que se desea reproducir. En ambos casos, el transductor necesitaría una suspensión relativamente rígida para proporcionar la fuerza de recuperación, que a bajas frecuencias podría proporcionarse con una caja sellada o con puerto de menor tamaño; por lo tanto, pocos transductores son adecuados para este tipo de montaje.
Los sonidos generados hacia adelante y hacia atrás por un altavoz aparecen desfasados entre sí debido a que se generan mediante el movimiento opuesto del diafragma y porque recorren trayectorias diferentes antes de converger en la posición del oyente. Un altavoz montado sobre un bafle finito presenta un fenómeno físico conocido como interferencia , que puede provocar una atenuación del sonido perceptible en función de la frecuencia. Este fenómeno es particularmente notorio a bajas frecuencias, donde las longitudes de onda son lo suficientemente grandes como para que la interferencia afecte a toda el área de escucha.
Dado que los bafles infinitos son poco prácticos y los finitos tienden a presentar una respuesta deficiente a medida que las longitudes de onda se aproximan a las dimensiones del bafle (es decir, a bajas frecuencias), la mayoría de las cajas acústicas utilizan algún tipo de estructura (generalmente una caja) para contener la energía sonora desfasada. La caja suele estar hecha de madera, madera compuesta o, más recientemente, plástico, por razones de facilidad de construcción y estética. También se han utilizado piedra, hormigón, yeso e incluso estructuras de edificios.
Los recintos pueden tener un efecto significativo más allá de lo previsto, con resonancias de panel , difracción de los bordes del gabinete [ 6 ] [ 7 ] y energía de onda estacionaria de los modos de reflexión/refuerzo internos entre los posibles problemas. Las resonancias molestas se pueden reducir aumentando la masa o rigidez del recinto, aumentando la amortiguación de las paredes del recinto o combinaciones de tratamiento de pared/superficie, agregando refuerzos transversales rígidos o agregando absorción interna. Wharfedale , en algunos diseños, redujo la resonancia del panel utilizando dos gabinetes de madera (uno dentro del otro) con el espacio entre ellos lleno de arena . Experimentadores domésticos incluso han diseñado altavoces construidos con hormigón , granito [ 8 ] y otros materiales exóticos por razones similares.
Muchos problemas de difracción, por encima de las bajas frecuencias, pueden mitigarse mediante la forma de la caja acústica, por ejemplo, evitando esquinas afiladas en la parte frontal. Harry F. Olson realizó un estudio exhaustivo del efecto de la configuración de la caja acústica en el patrón de distribución del sonido y las características generales de respuesta en frecuencia de los altavoces . [ 6 ] [ 7 ] Este estudio abarcó una gran variedad de formas de caja acústica y demostró que los deflectores curvos reducen algunas desviaciones en la respuesta debidas a la difracción de las ondas sonoras. Posteriormente se descubrió que la colocación cuidadosa de un altavoz sobre un deflector con bordes afilados puede reducir los problemas de respuesta causados por la difracción.
En ocasiones, las diferencias en la respuesta de fase en las frecuencias compartidas por los distintos transductores pueden corregirse ajustando la posición vertical de los transductores más pequeños (generalmente hacia atrás), o inclinando o desplazando el panel frontal, de modo que el frente de onda de todos los transductores sea coherente en las frecuencias de cruce y sus alrededores dentro del campo sonoro normal del altavoz. El centro acústico del transductor determina la cantidad de desplazamiento hacia atrás necesaria para alinear temporalmente los transductores.
Tipos
Las cajas utilizadas para woofers y subwoofers pueden modelarse adecuadamente en la región de baja frecuencia utilizando acústica y modelos de componentes concentrados . [ 9 ] La teoría de filtros eléctricos se ha utilizado con considerable éxito para algunos tipos de cajas. Para los fines de este tipo de análisis, cada caja debe clasificarse según una topología específica. El diseñador debe equilibrar la extensión de graves bajos, la respuesta de frecuencia lineal, la eficiencia, la distorsión, la sonoridad y el tamaño de la caja, al tiempo que aborda problemas más altos en el rango de frecuencia audible, como la difracción de los bordes de la caja, [ 6 ] el efecto de escalón del bafle cuando las longitudes de onda se acercan a las dimensiones de la caja, los crossovers y la mezcla de los drivers.
Cajas cerradas (selladas)
La masa móvil y la compliancia del transductor del altavoz (holgura o rigidez recíproca de la suspensión) determinan la frecuencia de resonancia del transductor ( Fs ). En combinación con las propiedades de amortiguación del sistema (tanto mecánicas como eléctricas), todos estos factores afectan la respuesta de baja frecuencia de los sistemas de caja sellada. La respuesta de los sistemas de altavoces de caja cerrada ha sido estudiada extensamente por Small [ 10 ] [ 11 ] y Benson, [ 12 ] entre muchos otros. La salida cae por debajo de la frecuencia de resonancia del sistema ( Fc ) , definida como la frecuencia de impedancia máxima. En un altavoz de caja cerrada, el aire dentro de la caja actúa como un resorte, devolviendo el cono a la posición cero en ausencia de una señal. Un aumento significativo en el volumen efectivo de un altavoz de caja cerrada se puede lograr mediante un relleno de material fibroso, típicamente fibra de vidrio, fibra de acetato aglomerada (BAF) o lana de fibra larga. El aumento efectivo del volumen puede llegar a ser del 40 % y se debe principalmente a una reducción en la velocidad de propagación del sonido a través del material de relleno en comparación con el aire. [ 13 ] La caja o el controlador deben tener una pequeña fuga para que las presiones internas y externas puedan igualarse con el tiempo, para compensar los cambios en la presión barométrica o la altitud; la naturaleza porosa de los conos de papel, o una caja sellada imperfectamente, suele ser suficiente para proporcionar esta lenta igualación de presión.
deflector infinito
Una variante del enfoque de bafle abierto consiste en montar el transductor del altavoz en una caja sellada muy grande, proporcionando una fuerza de recuperación de resorte de aire mínima al cono. Esto minimiza el cambio en la frecuencia de resonancia del transductor causado por la caja. La respuesta de baja frecuencia de los sistemas de altavoces de bafle infinito ha sido analizada exhaustivamente por Benson. [ 12 ] Algunas cajas de bafle infinito han utilizado una habitación contigua, un sótano, un armario o un ático. Este suele ser el caso con instalaciones exóticas de woofer rotatorio , ya que están diseñadas para alcanzar frecuencias inferiores a 20 Hz y desplazar grandes volúmenes de aire. El término bafle infinito ( IB ) también se utiliza como término genérico para cajas selladas de cualquier tamaño, debido a la capacidad de una caja sellada para evitar cualquier interacción entre la radiación frontal y posterior de un transductor a bajas frecuencias.
En términos conceptuales, un bafle infinito es un bafle plano que se extiende hasta el infinito, la llamada placa sin fin . Un bafle infinito auténtico no se puede construir, pero un bafle muy grande, como la pared de una habitación, puede considerarse un equivalente práctico. Un altavoz con bafle infinito auténtico tiene un volumen infinito (un semi-espacio) a cada lado del bafle y no presenta escalones. Sin embargo, el término altavoz con bafle infinito puede aplicarse a cualquier altavoz que se comporte (o se aproxime mucho) en todos los aspectos como si la unidad de accionamiento estuviera montada en un bafle infinito auténtico. El término se usa a menudo, y erróneamente, para referirse a cajas selladas que no pueden exhibir un comportamiento de bafle infinito a menos que su volumen interno sea mucho mayor que el Vas Thiele/Small de la unidad de accionamiento Y las dimensiones del bafle frontal sean idealmente varias longitudes de onda de la frecuencia de salida más baja. Es importante distinguir entre la topología genuina de deflectores infinitos y los llamados recintos de deflectores infinitos o IB que pueden no cumplir con los criterios genuinos de deflectores infinitos. La distinción se vuelve importante al interpretar el uso del término en los libros de texto (véase Beranek (1954, p. 118) [ 14 ] y Watkinson (2004) [ 15 ] ).
Suspensión acústica
La suspensión acústica o suspensión de aire es una variación de la caja cerrada, que utiliza un tamaño de caja que aprovecha el resorte de aire casi lineal, lo que resulta en un punto de corte de baja frecuencia de −3 dB de 30–40 Hz en una caja de solo uno a dos pies cúbicos aproximadamente. [ 16 ] La suspensión de resorte que restaura el cono a una posición neutra es una combinación de una suspensión de woofer excepcionalmente flexible (suave) y el aire dentro de la caja. A frecuencias por debajo de la resonancia del sistema, la presión del aire causada por el movimiento del cono es la fuerza dominante. Desarrollada por Edgar Villchur en 1954, esta técnica se utilizó en la exitosa línea de altavoces de estantería Acoustic Research en las décadas de 1960 y 1970. El principio de suspensión acústica aprovecha este resorte relativamente lineal. La linealidad de suspensión mejorada de este tipo de sistema es una ventaja. Para un transductor específico, una caja de suspensión acústica óptima será más pequeña que una caja bass reflex, pero la caja bass reflex tendrá un punto de −3 dB más bajo. La sensibilidad al voltaje por encima de la frecuencia de sintonización sigue siendo una función del transductor, y no del diseño de la caja acústica.
Carga isobárica
La configuración de altavoz isobárico fue introducida por primera vez por Harry F. Olson a principios de la década de 1950 y se refiere a sistemas en los que dos o más woofers (transductores de graves) idénticos operan simultáneamente, con una cámara de aire común que se encuentra junto a un lado de cada diafragma. En aplicaciones prácticas, se utilizan con mayor frecuencia para mejorar la respuesta de frecuencia de baja frecuencia sin aumentar el tamaño de la caja, aunque a costa de un mayor costo y peso. Dos altavoces idénticos se acoplan para funcionar juntos como una sola unidad: se montan uno detrás del otro en una carcasa que define una cámara de aire entre ellos. El volumen de esta cámara isobárica suele elegirse relativamente pequeño por razones de conveniencia. Los dos transductores que operan en tándem exhiben exactamente el mismo comportamiento que un altavoz en una caja del doble de tamaño.
Cajas con puerto (o réflex)
Bass-reflex
También conocidos como sistemas ventilados (o con puerto), estos recintos tienen una ventilación o un orificio cortado en el gabinete y un tubo de puerto fijado a dicho orificio para mejorar la salida de baja frecuencia, aumentar la eficiencia o reducir el tamaño del recinto. Los diseños bass reflex se utilizan en altavoces estéreo domésticos (incluyendo tanto gabinetes de altavoces de precio bajo a medio como gabinetes de alta fidelidad de alta gama ), gabinetes de altavoces para amplificadores de bajo , gabinetes de amplificadores de teclado , gabinetes de subwoofers y gabinetes de altavoces para sistemas de megafonía . Los gabinetes ventilados o con puerto utilizan aberturas en el gabinete para transformar y transmitir la energía de baja frecuencia desde la parte posterior del altavoz hacia el oyente. Aprovechan de forma deliberada y eficaz la resonancia de Helmholtz . Al igual que los recintos sellados, pueden estar vacíos, revestidos, rellenos o (raramente) rellenos con materiales amortiguadores. La frecuencia de sintonización del puerto es función del área de la sección transversal del puerto y su longitud. Este tipo de recinto es muy común y proporciona un mayor nivel de presión sonora cerca de la frecuencia de sintonización que un recinto sellado del mismo volumen, aunque en realidad tiene una menor salida de baja frecuencia en frecuencias muy por debajo de la frecuencia de corte, ya que la atenuación es más pronunciada (24 dB/octava frente a 12 dB/octava para un recinto sellado). Malcolm Hill fue pionero en el uso de estos diseños en eventos en vivo a principios de la década de 1970. [ 17 ]
El diseño de sistemas ventilados mediante modelado computacional se practica desde aproximadamente 1985. Se hizo un uso extensivo de la teoría desarrollada por investigadores como Thiele, [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Benson, [ 21 ] [ 22 ] Small [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] y Keele, [ 27 ] quienes aplicaron sistemáticamente la teoría de filtros eléctricos al comportamiento acústico de los altavoces en recintos . En particular, Thiele y Small se hicieron muy conocidos por su trabajo. Si bien los altavoces con puerto se habían producido durante muchos años antes del modelado computacional, lograr un rendimiento óptimo era un desafío, ya que es una suma compleja de las propiedades del transductor específico, el recinto y el puerto, debido a una comprensión imperfecta de las diversas interacciones. Estos recintos son sensibles a pequeñas variaciones en las características del transductor y requieren una atención especial al control de calidad para un rendimiento uniforme en toda la serie de producción. Los puertos de graves se utilizan ampliamente en subwoofers para sistemas de megafonía y sistemas de refuerzo de sonido , en cajas acústicas para amplificadores de bajo y en cajas acústicas para amplificadores de teclado .
Radiador pasivo
Un altavoz con radiador pasivo utiliza un segundo transductor pasivo, o zumbador, para producir una extensión de baja frecuencia similar, un aumento de eficiencia o una reducción del tamaño de la caja, similar a las cajas con puerto. Small [ 28 ] [ 29 ] y Hurlburt [ 30 ] han publicado los resultados de investigaciones sobre el análisis y diseño de sistemas de altavoces con radiador pasivo. El principio del radiador pasivo se identificó como particularmente útil en sistemas compactos donde la realización de la ventilación es difícil o imposible, pero también se puede aplicar satisfactoriamente a sistemas más grandes. El transductor pasivo no está conectado a un amplificador; en cambio, se mueve en respuesta a los cambios de presión en la caja. En teoría, estos diseños son variaciones del tipo bass reflex, pero con la ventaja de evitar un puerto o tubo relativamente pequeño por el que se mueve el aire, a veces de forma ruidosa. Los ajustes de sintonización para un radiador pasivo generalmente se realizan más rápidamente que con un diseño bass reflex, ya que dichas correcciones pueden ser tan simples como ajustes de masa en el zumbador. Las desventajas son que un radiador pasivo requiere una construcción de precisión como un transductor, lo que aumenta los costos, y puede tener limitaciones de excursión.
Compuesto o de paso de banda
Un filtro pasabanda eléctrico de cuarto orden puede simularse mediante una caja ventilada en la que la contribución de la cara posterior del cono del altavoz queda atrapada en una caja sellada, y la radiación de la superficie frontal del cono se dirige a una cámara con puerto. Esto modifica la resonancia del altavoz. En su forma más simple, una caja compuesta tiene dos cámaras. La pared divisoria entre las cámaras aloja el altavoz; normalmente, solo una de las cámaras tiene puerto.
Si la caja a cada lado del woofer tiene un puerto, entonces la caja produce una respuesta de paso de banda de sexto orden. Estas son considerablemente más difíciles de diseñar y tienden a ser muy sensibles a las características del transductor. Al igual que en otras cajas réflex, los puertos generalmente se pueden reemplazar por radiadores pasivos si se desea. Una caja de paso de banda de octavo orden es otra variante que también tiene un rango de frecuencia estrecho. A menudo se utilizan para lograr niveles de presión sonora , en cuyo caso se usaría un tono grave de una frecuencia específica, en lugar de algo musical. Son complicadas de construir y deben hacerse con mucha precisión para que funcionen casi como se espera. [ 31 ]
recintos aperiódicos
Este diseño se sitúa entre la suspensión acústica y las cajas bass reflex. Puede considerarse como una caja sellada con fugas o una caja con puerto de ventilación y una gran amortiguación. Al instalar un puerto y luego bloquearlo con precisión mediante un relleno de fibra suficientemente compacto, es posible ajustar la amortiguación del puerto según se desee. El resultado es un control del comportamiento resonante del sistema, lo que mejora la reproducción de bajas frecuencias, según algunos diseñadores. Dynaco fue uno de los principales fabricantes de estas cajas durante muchos años, utilizando diseños desarrollados por un fabricante escandinavo de transductores. El diseño sigue siendo poco común entre los diseños comerciales disponibles actualmente. Una razón para ello puede ser que añadir material amortiguador es un método innecesariamente ineficiente para aumentar la amortiguación; la misma alineación se puede lograr simplemente eligiendo un transductor con los parámetros adecuados y ajustando con precisión la caja y el puerto para obtener la respuesta deseada.
Una técnica similar se ha utilizado en sistemas de audio para automóviles ; se denomina membrana aperiódica (AP). Se coloca una estera resistiva delante o justo detrás del transductor del altavoz (generalmente montado en la bandeja trasera del coche para usar el maletero como caja acústica). El transductor se sella a la estera, de modo que toda la salida acústica en una dirección debe pasar a través de ella. Esto aumenta la amortiguación mecánica, y la consiguiente disminución de la magnitud de la impedancia en resonancia suele ser el efecto deseado, aunque no existe ningún beneficio percibido u objetivo. De nuevo, esta técnica reduce la eficiencia, y el mismo resultado se puede lograr seleccionando un transductor con un factor Q más bajo , o incluso mediante ecualización electrónica . Esto se ve reforzado por los proveedores de membranas AP; a menudo se venden con un procesador electrónico que, mediante ecualización, restaura la salida de graves perdida por la amortiguación mecánica. El efecto de la ecualización es opuesto al de la membrana AP, lo que resulta en una pérdida de amortiguación y una respuesta efectiva similar a la del altavoz sin la membrana aperiódica ni el procesador electrónico.
recintos dipolares
Un recinto dipolar, en su forma más simple, consiste en un transductor ubicado sobre un panel plano, similar a los diseños de gabinetes abiertos de antaño. Los bordes del panel a veces se pliegan hacia atrás para reducir su tamaño aparente, creando una especie de caja abierta. La sección transversal rectangular es más común que la curva, ya que es más fácil de fabricar en forma plegada que en forma circular. Las dimensiones del panel se eligen generalmente para obtener una respuesta de baja frecuencia específica; dimensiones mayores proporcionan una frecuencia más baja antes de que las ondas frontales y traseras interfieran entre sí. Un recinto dipolar tiene un patrón de radiación en forma de ocho , lo que significa que hay una reducción de la presión sonora, o sonoridad, en los laterales en comparación con la parte frontal y trasera. Esto es útil si se puede utilizar para evitar que el sonido sea igual de fuerte en algunos lugares que en otros.
recintos de bocinas
Un altavoz de bocina es un sistema de altavoces que utiliza una bocina para acoplar el cono del transductor al aire. La estructura de la bocina en sí no amplifica, sino que mejora el acoplamiento entre el transductor del altavoz y el aire. Las bocinas bien diseñadas logran que el cono del altavoz transfiera más energía eléctrica de la bobina móvil al aire; en efecto, el transductor parece tener una mayor eficiencia. Las bocinas pueden ayudar a controlar la dispersión en frecuencias altas, lo cual es útil en algunas aplicaciones como el refuerzo de sonido. La teoría matemática del acoplamiento de bocinas está bien desarrollada y comprendida, aunque su implementación a veces resulta difícil. Las bocinas bien diseñadas para altas frecuencias son pequeñas (por encima de 2000 Hz, en promedio, de unos pocos centímetros o pulgadas); las de frecuencias medias (quizás de 200 a 2000 Hz) son mucho más grandes, quizás de 30 a 60 cm (1 o 2 pies), y las de bajas frecuencias (por debajo de 200 Hz) son muy grandes, de varios metros (decenas de pies). En la década de 1950, algunos entusiastas del sonido de alta fidelidad construyeron bocinas de tamaño real cuyas estructuras se integraban en la pared o el sótano de una casa. Con la llegada del estéreo (dos altavoces) y el sonido envolvente (cuatro o más), las bocinas simples se volvieron aún menos prácticas. Diversos fabricantes de altavoces han producido bocinas de baja frecuencia plegadas, mucho más pequeñas (por ejemplo, Altec Lansing, JBL, Klipsch, Lowther, Tannoy), que sí caben en habitaciones de tamaño real. Estas soluciones representan necesariamente compromisos y, debido a su complejidad física, son costosas.
Bocina de entrada múltiple
La bocina de entrada múltiple (también conocida bajo las marcas comerciales CoEntrant , Unity y Synergy horn ) es un diseño de altavoz múltiple; utiliza varios transductores diferentes montados en la bocina a distancias escalonadas desde el ápice de la misma, donde se coloca el transductor de alta frecuencia. Dependiendo de la implementación, este diseño ofrece una mejora en la respuesta transitoria , ya que cada uno de los transductores está alineado en fase y tiempo y sale por la misma boca de la bocina. También es posible un patrón de radiación más uniforme en todo el rango de frecuencias. [ 32 ] Un patrón uniforme es útil para alinear sin problemas múltiples recintos. [ 33 ]
Bocina golpeada
Ambos lados de un transductor de alta potencia y largo recorrido en una caja de bocina con salidas están conectados a la propia bocina, con un recorrido largo y el otro corto. Estos dos recorridos se combinan en fase en la boca de la bocina dentro del rango de frecuencias de interés. Este diseño es especialmente eficaz en frecuencias de subgraves y permite reducir el tamaño de la caja acústica, además de aumentar la potencia de salida. [ 33 ]
Línea de transmisión
Una caja acústica de línea de transmisión ideal consta de una línea infinitamente larga, rellena de material absorbente, de manera que toda la radiación posterior del transductor se absorbe por completo, hasta las frecuencias más bajas. Teóricamente, la abertura de ventilación en el extremo opuesto podría estar cerrada o abierta sin que ello afecte al rendimiento. La densidad y el material del relleno son cruciales, ya que un exceso de relleno provocará reflexiones debido a la contrapresión, mientras que un relleno insuficiente permitirá que el sonido pase a través de la abertura de ventilación. El relleno suele estar compuesto de diferentes materiales y densidades, que varían a medida que se aleja de la parte posterior del diafragma del transductor.
En consecuencia, los altavoces prácticos de línea de transmisión no son verdaderas líneas de transmisión, ya que generalmente presentan salida por el puerto a las frecuencias más bajas. Se pueden considerar como una guía de ondas cuya estructura desfasa la salida trasera del transductor en al menos 90° , reforzando así las frecuencias cercanas a la frecuencia de resonancia en aire libre f s del transductor . Las líneas de transmisión suelen ser más grandes que las cajas acústicas con puerto de rendimiento similar, debido al tamaño y la longitud de la guía necesaria (normalmente 1/4 de la longitud de onda más larga de interés).
El diseño suele describirse como no resonante, y algunos diseños están tan rellenos de material absorbente que, efectivamente, la salida del puerto de la línea es mínima. Sin embargo, es la resonancia inherente (típicamente a 1/4 de longitud de onda) la que puede mejorar la respuesta de graves en este tipo de caja, aunque con menos material absorbente. Entre los primeros ejemplos de este enfoque de diseño de caja se encuentran los proyectos publicados en Wireless World por Bailey [ 34 ] a principios de la década de 1970, y los diseños comerciales de la ahora desaparecida IMF Electronics , que recibieron elogios de la crítica casi al mismo tiempo.
Una variante de la caja de la línea de transmisión utiliza un tubo cónico, con el extremo (abertura/puerto) de menor área que la garganta. El tubo cónico se puede enrollar para las cajas de los transductores de baja frecuencia, reduciendo así las dimensiones del sistema de altavoces y logrando una apariencia similar a la de una concha marina. Bose utiliza una tecnología patentada similar en sus sistemas de música Wave y Acoustic Waveguide. [ 35 ]
Las simulaciones numéricas de Augspurger [ 36 ] y King [ 37 ] han ayudado a refinar la teoría y el diseño práctico de estos sistemas.
Caja de cuarto de onda
Un resonador de cuarto de onda es una línea de transmisión sintonizada para formar una onda estacionaria de cuarto de onda a una frecuencia ligeramente inferior a la frecuencia de resonancia F s del transductor . Cuando está diseñado correctamente, un puerto de diámetro mucho menor que el del tubo principal, situado en el extremo del mismo, produce la radiación posterior del transductor en fase con el propio transductor del altavoz, lo que aumenta considerablemente la salida de graves. Estos diseños tienden a ser menos dominantes en ciertas frecuencias graves que los diseños bass reflex más comunes, y quienes los utilizan afirman que ofrecen una ventaja en la claridad de los graves con una mejor congruencia de las frecuencias fundamentales con los armónicos. [ 38 ] Algunos diseñadores de altavoces, como Martin J. King y Bjørn Johannessen, consideran que el término " caja de cuarto de onda" es más apropiado para la mayoría de las líneas de transmisión, ya que acústicamente, los cuartos de longitud de onda producen ondas estacionarias dentro de la caja que se utilizan para producir la respuesta de graves que emana del puerto. Estos diseños pueden considerarse un diseño de línea de transmisión con carga de masa o un diseño bass reflex, así como una caja de cuarto de onda. [ 39 ] Los resonadores de cuarto de onda han experimentado un resurgimiento como aplicaciones comerciales con la aparición de los transductores de neodimio que permiten que este diseño produzca extensiones de graves relativamente bajas dentro de una caja de altavoz relativamente pequeña. [ 38 ]
Tubo de cuarto de onda cónico
El tubo de cuarto de onda cónico (TQWP) es un ejemplo de la combinación de los efectos de una línea de transmisión y una bocina. Es muy apreciado por algunos diseñadores de altavoces. El concepto consiste en que el sonido emitido desde la parte posterior del transductor del altavoz se refleja y absorbe progresivamente a lo largo del tubo cónico, impidiendo casi por completo que el sonido reflejado internamente se retransmita a través del cono del altavoz. La parte inferior del tubo actúa como una bocina, mientras que la superior puede visualizarse como una cámara de compresión extendida. El tubo completo también puede considerarse una línea de transmisión cónica invertida. (Una línea de transmisión cónica tradicional, a veces denominada erróneamente TQWP, tiene una abertura menor que la garganta). Su relativa baja adopción en altavoces comerciales se debe principalmente a las grandes dimensiones resultantes del altavoz y al coste de fabricación de un tubo cónico rígido. El TQWP también se conoce como tubo Voigt y fue introducido en 1934 por Paul GAH Voigt, el diseñador original de transductores de Lowther.
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
- Cómo funciona un sistema Hole-in-the-Box : información sobre el bass reflex.
- Línea de transmisión de cuarto de onda : detalles sobre el diseño de líneas de transmisión.
- Humble Homemade Hi-Fi - Sitio web de bricolaje con ejemplos y planos de varios tipos de cajas de altavoces.
- Planos de altavoces gratuitos : planos de diseño de altavoces para proyectos de bricolaje, recursos generales y foro, todo ello en colaboración con la comunidad.
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