Alineación temporal del altavoz

La alineación temporal de altavoces , generalmente conocida simplemente como "alineación temporal", es un término que se aplica a los sistemas de altavoces que utilizan varios transductores (como woofer , rango medio y tweeter ) para cubrir un amplio rango de audio. Consiste en retrasar el sonido que emana de uno o más transductores (en sistemas de más de dos vías) para corregir la respuesta transitoria , mejorar la precisión y, en transductores no coaxiales, mejorar la directividad o la inclinación del lóbulo en las frecuencias de cruce. Para ello, se ajusta la separación frontal-posterior de cada transductor para que la salida de sonido sea verdaderamente simultánea.

En 1975, Ed Long ^{[ 1 ],} en colaboración con Ronald J. Wickersham, inventó la primera técnica para alinear temporalmente sistemas de altavoces. En 1976, Long presentó "Una técnica de alineación temporal para el diseño de sistemas de altavoces" ^{[ 2 ]} en la 54.ª convención de la AES, demostrando el uso del generador de alineación temporal para diseñar redes de cruce mejoradas para sistemas de altavoces multicanal. Esta técnica se basaba en la evaluación subjetiva de varios pulsos cuadrados que recorrían las frecuencias de cruce. El generador de alineación temporal bloqueaba el pulso en un osciloscopio para su visualización. Long empleó la técnica de alineación temporal en el monitor de estudio UREI 813 ^{[ 3 ]} , presentado en 1977. Long también fabricó monitores de estudio de campo cercano desde finales de la década de 1970 hasta la de 1990, utilizando la técnica de alineación temporal. En 1977, Long registró la marca Time-Align y, posteriormente, sus derivados, Time-Aligned y Time-Alignment. (Debe incluir el guion). Long otorgó la licencia de la marca registrada Time-Align a UREI, Bag End Loudspeakers y otros.

Dado que el audio de alta fidelidad requiere que el altavoz sea capaz de reproducir fielmente el material grabado, se deduce que un altavoz que cubra mejor el espectro de audio tendrá un mejor rendimiento de alta fidelidad. Por lo tanto, la mayoría de los altavoces de alta fidelidad emplean varios transductores para cubrir el espectro de audio de manera satisfactoria.

Como mínimo, un altavoz de este tipo puede ser de dos vías, empleando un woofer (o un altavoz de rango medio/medio-graves ) y un tweeter . Los altavoces de gama alta pueden ser de tres o incluso cuatro vías. Para simplificar este artículo, se asumirá un sistema de altavoces de dos vías, compuesto por un woofer y un tweeter. Dado que el woofer cubre la parte inferior del espectro de audio y el tweeter la parte superior, y el punto de división entre ambos es la frecuencia de cruce, es de suma importancia que, en dicha frecuencia, las salidas de ambos transductores se sumen acústicamente de forma uniforme, sin picos ni caídas; de lo contrario, se dice que el altavoz colorea el sonido.

Una característica típica de un altavoz de dos vías es que, en la frecuencia de cruce, debido a la distancia física entre los centros del woofer y el tweeter, el sonido que emana de la combinación no es omnidireccional, sino lobulado . Dentro de la región del lóbulo, el nivel de sonido, en la frecuencia de cruce, es mucho mayor que fuera de ella. Por lo tanto, los diseñadores de altavoces intentan que el lóbulo principal sea lo más ancho posible, utilizando transductores de diámetro lo más pequeño posible para permitir una menor separación entre ellos. Sin embargo, la frecuencia más baja de interés (graves) impone un límite inferior al diámetro del woofer. Por consiguiente, estos altavoces siempre presentarán lóbulos.

Un altavoz típico de dos vías utiliza un woofer y un tweeter, como se mencionó anteriormente. Generalmente, el tweeter es mucho más pequeño y delgado que el woofer. Esto significa que las superficies radiantes (en la bobina móvil o en la cúpula/tapa antipolvo, según el diseño, también conocida como "centro acústico") de los transductores no están en el mismo plano: la superficie radiante del tweeter suele estar mucho más adelantada que la del woofer cuando ambos están montados en el mismo panel plano. Aunque este desplazamiento físico puede ser del orden de 20-40 mm, a frecuencias de cruce típicas (≥ 1  kHz), es suficiente para provocar una inclinación del lóbulo principal. La siguiente imagen lo ilustra:

El woofer es el mayor de los dos, ubicado debajo del tweeter. Esta es la configuración de 2 vías más común. Como se puede observar, el tweeter es mucho más delgado y su centro acústico está por delante del centro acústico del woofer. Debido a esto, en la frecuencia de cruce, dado que ambos transductores producen la misma frecuencia, las ondas sonoras del tweeter llegan a la posición de escucha P antes que las del woofer. Por consiguiente, en P se produce una suma no ideal de las ondas (pueden reforzarse o cancelarse). De este modo, el lóbulo principal apunta desde P hacia una posición P' (que para este altavoz en particular es inferior a P). ^{[ 4 ]}

Para la mayoría de los casos, el lóbulo inclinado no presenta problemas, y de hecho, muchos sistemas de altavoces no utilizan alineación temporal. Sin embargo, existe un tipo de filtro divisor de frecuencias , el LR4 o LR2 , que posee características únicas que hacen que la alineación temporal sea útil para los altavoces que lo utilizan. Este filtro tiene la propiedad de que, a la frecuencia de cruce, la suma eléctrica es plana (es decir, no hay picos ni caídas) y las señales que se envían al woofer y al tweeter siempre están en fase (180° desfasadas en el caso del LR2, lo cual se corrige simplemente invirtiendo la señal del tweeter). Cuando se utiliza con un altavoz alineado temporalmente, el lóbulo principal del altavoz apunta exactamente hacia adelante (es decir, en línea recta) y no presenta un pico de 3 dB en la respuesta. Esto hace que los filtros LR2 o LR4 sean ideales para audio en comparación con el tipo Butterworth . Incluso sin un crossover LR, conviene que el lóbulo principal apunte hacia adelante para que los altavoces iluminen la posición de escucha de manera uniforme, lo que resulta en un mejor rendimiento general del sistema (como la imagen sonora o la audibilidad). ^{[ 5 ]}

• Lobulación acústica
• Medio-tweeter-medio-grave (una técnica para la corrección de la inclinación del lóbulo sin necesidad de alinear temporalmente los altavoces).