Altavoz

Altavoz
3.5 Inch Speaker.jpg
Pequeño altavoz de 3½ pulgadas
Tipo Transductor electroacústico
Principio de funcionamiento Conversión de energía eléctrica en energía acústica
Fecha de invención Elisha Gray (1876)
Thomas Edison (1877)
Primera producción Años 1920
Configuración Dos terminales: positiva y negativa

Un altavoz, es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de sonido. Uno o varios altavoces pueden formar una pantalla acústica.

La transducción sigue un doble procedimiento: eléctrico-mecánico-acústico. En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica, y en la segunda convierte la energía mecánica en ondas de frecuencia acústica. Es por tanto la puerta por donde sale el sonido al exterior desde los aparatos que posibilitaron su amplificación, su transmisión por medios telefónicos o radioeléctricos, o su tratamiento.

El sonido se transmite mediante ondas sonoras, en este caso, a través del aire. El oído capta estas ondas y las transforma en impulsos nerviosos que llegan al cerebro. Si se dispone de una grabación de voz, de música en soporte magnético o digital, o si se recibe estas señales por radio, se dispondrá a la salida del aparato de señales eléctricas que deben ser convertidas en sonidos; para ello se utiliza el altavoz.

Contenido

Otros nombres

En América se lo conoce como parlante, altoparlante, corneta, bocina o bafle (México).
En Chile, Argentina y Uruguay —aunque se entiende el significado de "altavoz" y de "altoparlante"— se lo conoce más comúnmente como parlante.

Características de los altavoces

Altavoces antiguos.

Las principales características de un altavoz son:

Respuesta en frecuencia

La respuesta en frecuencia del altavoz no es plana. El altavoz ideal debería dar una respuesta uniforme, es decir, igual potencia a todas las frecuencias, pero este altavoz no existe. En las especificaciones técnicas viene indicada la respuesta en frecuencia:

  • Los altavoces de alta calidad son los que tienen un margen de variación de 6 dB para el margen audible entre los 20 y los 20.000 Hz.
  • Fuera de los sistemas de alta calidad, también son aceptables la variaciones de 3 dB en un margen de 100 a 15.000 Hz, ya que en la práctica el margen de audibilidad humana nunca llega a los 20.000 Hz.

La banda conflictiva es la de los graves, por ello, no se empieza la medición en los 20-30 Hz, sino que se eleva esta cifra hasta los 80 Hz.

En las especificaciones técnicas también suele venir la curva de respuesta en frecuencia, pero hay que tener en cuenta que los fabricantes probablemente hayan hecho sus mediciones en las condiciones más favorables, por lo que los resultados reales normalmente serán inferiores.

Potencia

Hace referencia a la potencia eléctrica que admite el altavoz (no a la potencia acústica). Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que éste distorsione en exceso o de que pueda sufrir daños. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.

Potencia nominal

Potencia máxima, en régimen continuo, que puede soportar el altavoz antes de deteriorarse. Si se hace trabajar al altavoz por encima de esta potencia se podrá dañar irremediablemente el altavoz ya que éste no podrá disipar el calor producido por la corriente eléctrica que circula por la bobina y ésta puede fundir el aislante que recubre el hilo de cobre que la forma, provocando cortocircuitos o cortándose la espalda por fusión del hilo de cobre.

La fórmula para obtener la potencia eléctrica de entrada necesaria es:

 P=I^2 \cdot Z

Donde:

Potencia media máxima o potencia de régimen

Corresponde a la potencia máxima que se puede aplicar al altavoz de forma continua. Determina la potencia máxima que puede disipar la bobina (en forma de calor) sin que ésta se queme por exceso de temperatura.

Potencia de pico máximo o potencia admisible

Potencia máxima impulsiva (un pico de señal), que puede soportar cada cierto tiempo el altavoz antes de deteriorarse. Corresponde al valor máximo instantáneo de potencia que puede aplicarse durante un tiempo muy corto. Este valor está muy relacionado con otra limitación de los altavoces que es el máximo recorrido de la bobina sin que se destruya el diafragma (este problema se denomina desconado del altavoz). Esta potencia es mayor que la potencia media máxima. Las dos anteriores son quizás las más importantes pero existen otras cuya medida es importante para conocer el comportamiento de los altavoces a corto, mediano y largo plazo.

Potencia PMPO

PMPO o P.M.P.O. (siglas del inglés Peak Music Power Output) es una especificación de potencia común en equipos de consumo como radiograbadores o minicomponentes que representa el valor pico que es capaz de soportar un altavoz durante un tiempo extremadamente corto (frecuentemente 10ms); se mide generalmente hasta que el altavoz se queme; dando valores mayores a la de la potencia pico máxima. Es importante aclarar que esta especificación es del altavoz y no del amplificador que lo alimenta, lo que puede dar falsas expectativas al comprar un equipo. En otras palabras, la potencia PMPO no es un valor "real", sino más bien comercial de potencia sonora. Para mayor fidelidad se recomienda utilizar el valor eficaz o RMS (Root Mean Square) que representa la potencia real que el amplificador es capaz de entregar.

Potencia eléctrica a corto plazo (PMUS)

Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes, cuando se le excita con una señal de prueba que simula el espectro musical durante 1 segundo.

Potencia eléctrica a largo plazo (PNOM)

Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes, cuando se le excita con una señal de prueba que simula el espectro musical durante 1 minuto; también a futuro hace mucho daño en el sentido auditivo.

Potencia continua senoidal

Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes (mecánicos o térmicos), cuando se le excita con una señal de forma senoidal continua en una determinada banda de frecuencias.

Potencia de ruido

Especifica el máximo valor de la potencia con que puede trabajar el altavoz (sobre la impedancia nominal) sin que sufra daños permanentes (mecánicos o térmicos), cuando se le excita con una señal ruidosa en alguna banda del espectro.

Un parámetro importante (y muy relacionado con la potencia) de los altavoces es la eficiencia. La eficiencia es una medida del rendimiento de la transducción eléctro-acústica. Es la relación de la potencia acústica del altavoz y la potencia eléctrica necesaria para ello:


Eficiencia=\frac{{P_{acustica}}}{{P_{electrica}}}100\%

La eficiencia de un altavoz nunca supera el 50% y generalmente es menor al 10%. En equipos domésticos (inclusive de alta calidad), la eficiencia es del orden de 0.5-1%. Afortunadamente, no se requiere una potencia acústica elevada para obtener un elevado volumen sonoro.

Impedancia

La impedancia es la oposición (Resistencia eléctrica) que presenta cualquier elemento o dispositivo al paso de una corriente alterna (sinusoidal), en este caso la fuente de audio es una mezcla de varias frecuencias con lo cual la impedancia no tendrá el mismo valor en todo el rango de frecuencias. La impedancia se expresa en Ohmios.

Cómo en los altavoces la impedancia varía en función de la frecuencia, cada modelo de altavoz en sus especificaciones técnicas tendrá la curva con esta relación impedancia-frecuencia. (la impedancia de los altavoces viene dada para una frecuencia concreta que sirva de referencia, generalmente 1 KHz, a menos que el fabricante indique otro valor).

Si se quiere obtener una transferencia máxima de energía entre la fuente de sonido (el amplificador) y el altavoz, las impedancias entre ellos deben ser las mismas o en su defecto la mínima aceptada por el amplificador.

Las impedancias normalizadas de los altavoces son 2, 3.2, 4, 6, 8, 16 y 32 ohmios, pero las más utilizadas son 4 en sonido automotriz, 6 para sistemas mini componentes, 8 para los sistemas de alta fidelidad, 16 para sistemas de sonido envolvente (surround) y auriculares.

Por ejemplo, un altavoz tiene las siguientes especificaciones técnicas:

Si el valor de impedancia cambiara (y, de hecho, ésta no es constante en todo el rango de frecuencias), cambiaría también la potencia aplicada al altavoz.

A saber, se tendrá que aplicar la fórmula:

 P=\frac {V^2} {Z} en la que:

  • P=Potencia
  • V=tensión en los bornes del amplificador
  • Z=Impedancia

El primer paso para poder aplicar la fórmula es averiguar cuál es el valor de la tensión (en voltios):

 400=\frac {V^2} {8}

V^2=400 \cdot 8=3200; V=56,56

Con dicha fuerza electromotriz (E) al cambiar la impedancia del altavoz la potencia cambiará por tanto:

 P=\frac {V^2} {Z}

Si cambiamos el altavoz por uno de, por ejemplo 4 Ω (nominal), la nueva potencia sería:

 P=\frac {V^2}{4}

Por tanto la potencia aplicada al nuevo altavoz sería:

 P=\frac {3200} {4}=800

como se puede observar, mayor a la obtenida con el altavoz de 8 Ω, esto puede hacerse siempre y cuando, el amplificador pueda manejar el nuevo nivel de corriente.

El mismo razonamiento se puede aplicar para otras impedancias y se verá que la potencia aplicada depende de la impedancia del altavoz.

Sensibilidad

Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica. Es decir, mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida.

Suele darse en dB/W, medidos a 1 m de distancia y aplicando una potencia de 1 W al altavoz (2,83 V sobre 8 Ω).

Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre. Esto se debe a que la mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.

En los altavoces, a diferencia del micrófono, la sensibilidad no es un indicativo de “calidad sonora”, pues la práctica ha demostrado que altavoces de inferior sensibilidad producen mejor “coloración sonora”.

Rendimiento

El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz. Es el porcentaje que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada. Potencia acústica / potencia eléctrica x 100.

Distorsión

El altavoz es uno de los sistemas de audio que presenta mayor distorsión, por lo que los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. La distorsión tiene causas muy variadas: flujo del entrehierro, vibraciones parciales, modulación de frecuencia sobre el diafragma, alinealidad de las suspensiones, etc.

  • La mayor parte de la distorsión se concentra en el segundo y tercer armónico, por lo que afectará en mayor medida a los tonos graves. Se trata de una distorsión en torno al 10%.
  • En las medias y altas frecuencias esta distorsión es proporcionalmente mucho menor y no llega al 1%, aunque en las gargantas de bocinas de alta frecuencia esta distorsión llega hasta un margen de entre 10 y 15%.

Direccionalidad

Indica la dirección del sonido a la salida del sistema, es decir, el modo en el que el sonido se disipa en el entorno.

En realidad, ningún altavoz da una respuesta, pues sea cual sea su direccionalidad global, siempre son más direccionales cuando se trata de altas frecuencias (agudos) que cuando se trata de bajas frecuencias (graves).

La forma más gráfica de dar la directividad es mediante un diagrama polar, que normalmente es recogido en las especificaciones, pues cada modelo tiene una respuesta concreta.

Un diagrama polar es un dibujo técnico que refleja la radiación del altavoz en el espacio, en grados, para cada punto de sus ejes (horizontal y vertical).

Dependiendo de su directividad se puede decir que un cono de altavoz es:

  • omnidireccional.
  • bidireccional.
  • cardioide.

Omnidireccional o no direccional

Esquema omnidireccional.
Esquema bidireccional.
Esquema unidireccional.

Radían igual en todas direcciones, es decir, en los 360°.

Por la importancia de la frecuencia de resonancia del propio altavoz, es un diagrama polar muy poco utilizado en altavoces. Los altavoces que utilizan esta direccionalidad requieren de grandes cajas acústicas.

Bidireccional

El diagrama polar tiene forma de ocho, es simétrico.

Emiten sonido tanto por delante como por detrás de igual forma, mientras que son prácticamente “mudos” en los laterales.

Los ángulos preferentes se sitúan en torno a los 100º.

Los diagramas polares bidireccionales no se utilizan demasiado por idénticas razones que los omnidireccionales: requieren de grandes cajas acústicas.

Unidireccionales

Son los altavoces que emiten el sonido en una dirección muy marcada y son “relativamente silenciosos” en las otras.

Dentro de los direccionales, los más utilizados son los cardioides. El altavoz cardioide se llama así porque su diagrama polar tiene forma de corazón (curva cardioide), lo que se traduce en que radian hacia la parte frontal y tienen un mínimo de sensibilidad en su parte posterior, donde se produce una atenuación gradual.

El ángulo preferente lo alcanza en un ángulo de 160º.

Tipos de Altavoces

Existen muchos tipos más, pero éstos son los más comunes y usados.

  • Altavoz dinámico o Altavoz de bobina móvil: La señal eléctrica de entrada actúa sobre la bobina móvil que crea un campo magnético que varía de sentido de acuerdo con dicha señal. Este flujo magnético interactúa con un segundo flujo magnético continuo generado normalmente por un imán permanente que forma parte del cuerpo del altavoz, produciéndose una atracción o repulsión magnética que desplaza la bobina móvil, y con ello el diafragma adherido a ella. Al vibrar el diafragma mueve el aire que tiene situado frente a él, generando así variaciones de presión en el mismo o vibraciones, o lo que es lo mismo, ondas sonoras.
  • Altavoz electrostático o Altavoz de condensador: Estos altavoces tienen una estructura de condensador, con una placa fija y otra móvil (el diafragma), entre las que se almacena la energía eléctrica suministrada por una fuente de tensión continua. Cuando se incrementa la energía almacenada entre las placas, se produce una fuerza de atracción o repulsión eléctrica entre ellas, dando lugar a que la placa móvil se mueva, creando una presión útil.
  • Altavoz piezoeléctrico: En estos altavoces el motor es un material piezoeléctrico, que al recibir una diferencia de tensión entre sus superficies metalizadas experimenta alargamientos y compresiones. Si se une a una de sus caras un cono abocinado, éste sufrirá desplazamientos capaces de producir una presión radiada en frecuencia audible.
  • Altavoz de cinta: El altavoz de cinta tiene un funcionamiento similar al altavoz dinámico, pero con diferencias notables. La más obvia, en lugar de bobina, el núcleo es una cinta corrugada.
  • Pantalla infinita:Es un sistema de colocación para altavoces dinámicos, que consiste en integrar el altavoz en una gran superficie plana (por ejemplo, una pared) con un agujero circular en el centro (donde va alojado el cono del altavoz).
  • Altavoz Bassreflex: Es un sistema de construcción de altavoces para mejorar la respuesta en bajas frecuencias. En una de las paredes de la caja se abre una puerta (orificio en forma de tubo) y todos los parámetros que afectan al volumen interno de la caja están previstos para que el aire en el interior del tubo resuenen en una baja frecuencia determinada.
  • Radiador auxiliar de graves. Como el bass-reflex, su finalidad es proporcionar un refuerzo de graves. Se trata de un sistema similar al bassreflex pero en lugar de un simple orificio en forma de tubo convencional, este tubo se pliega en forma de laberinto.
  • Altavoz de carga con bocina: La bocina es un cono alimentado por un motor que permite aumentar la señal eléctrica de entrada hasta en 10 dB a la salida, con lo que son muy empleadas cuando se requiere gran volumen sonoro.

Cine en casa

El llamado 'Cine en casa' o Home cinema es un sistema o conjunto de varios altavoces que intenta acercar la calidad de sonido a la que se escucha en una sala de cine. Se pueden observar:

  • versión 5.1, que requiere 6 altavoces:
    • Altavoces a izquierda, centro y derecha todos al frente.
    • A izquierda y derecha posteriores con efecto envolvente.
    • Un subwoofer (que se considera como canal ".1" debido a la estrecha banda de frecuencia que reproduce). Este altavoz puede reproducir las frecuencias bajas de todos los canales o puede sólo hacerlo para aquellos altavoces que no lo logran. Esto es generalmente manejado por la configuración del un amplificador en modo 'largo' o 'corto' definiendo el tipo de altavoz.
  • versión 6.1 similar a la 5.1 pero con el agregado de un canal central en la parte posterior de la sala.
  • versión 7.1 idéntica a la 5.1 solo que con altavoces a izquierda y derecha en la parte central de la sala. Para el sistema SDDS, 7.1 es igual a 5.1 pero agregando altavoces centrales derechos e izquierdos adicionales al frente del oyente para mejorar la puesta del sonido.
  • versión 7.2 idéntica a la 7.1 pero con la adición de otro subwoofer, normalmente en la parte posterior de la sala.

Es importante notar que los canales de sonido ofrecidos a los altavoces podrían ser canales individuales originales (normalmente en 5.1) o podrían descodificar canales adicionales para los canales envolventes (Esta distribución debe ser acompañada por un descodificador Dolby Digital EX y un descodificador THX Surround) o ser simulados (donde los dos canales envolventes son ampliados al centro trasero o a los altavoces gemelos traseros, según sea el caso).

Véase también

Referencias

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.


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