Altavoces: Introducción tecnológica

El altavoz es elemento del sistema de audio complementario del micrófono. Proporciona una señal acústica a partir de la señal eléctrica recibida.
Su funcionamiento es por tanto similar al de los micrófonos. Las ondas sonoras transmitidas al exterior se producirán por los movimientos del diafragma del altavoz que vienen provocados por la señal eléctrica variable.

CLASIFICACIÓN CONSTRUCTIVA DE LOS ALTAVOCES

Existen distintas características y propiedades físicas en las que sean basado los diseñadores de altavoces para crear diversos modelos.  Entre los altavoces del mercado destacamos los siguientes tipos:

• Dinámicos o de bobina móvil
• Electrostáticos
• Piezoeléctricos

 

Altavoces dinámicos

• Son los más utilizados en la actualidad.
• Constan de una bobina unida al diafragma, que se encuentra en el interior del campo magnético generado por un imán permanente.
• Al diafragma también se le llama cono,  y el diámetro exterior de éste es mucho mayor que su espesor.
• Se fabrica con papel u otro material ligero y rígido a la vez (algunos materiales plásticos, titanio).

La bobina

• La bobina, que es móvil, se encuentra alojada en parte dentro del imán,
• con lo que las alteraciones del campo magnético, que produce la variación de señal eléctrica recibida, ocasionan movimientos de ésta.
• Estos son transmitidos al cono, generando la presión sonora.

 

• La bobina móvil se arrolla  sobre un soporte cilíndrico, que se recubre de barniz para protegerla de la humedad.
• Del grosor y la longitud del hilo de la bobina (que puede ser de sección rectangular) dependerán las características del altavoz.
• Este conjunto ha de ser capaz de soportar las vibraciones a las que va a estar sometido.

Los conectores de la bobina permiten enviar sobre la bobina la señal recibida a través de los terminales del altavoz.

La principal característica de este altavoz es su robustez. Además se pueden construir modelos para cualquier gama de frecuencias, que vendrá limitado por el diámetro  exterior del diafragma.

Altavoces electrostáticos

• Tienen un diafragma muy ligero que es la cara móvil de un condensador.
• Éste almacena la energía procedente de una fuente de corriente continua.
• Cuando el amplificador suministra señal a este altavoz, aumenta la energía entre placas, lo que ocasiona el movimiento de la placa móvil.
• Esto producirá la aparición de la presión sonora, que variará según la señal eléctrica recibida.

Son altavoces buenos para medios y agudos, tienen un pequeño espesor, una gran superficie, y no precisan caja. Por contra, es un tipo de altavoz  caro.

Altavoces piezoeléctricos

• Su funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico que presentan algunos cristales.
• Al recibir una señal eléctrica en su motor se modifican las posiciones de éstos.
• Estas alteraciones en forma de vibraciones generan la señal sonora.
• Necesitan el uso de trompetas porque tienen un rendimiento bajo, y se emplean para agudos.

 

CARACTERÍSTICAS DE LOS ALTAVOCES

Sensibilidad

Es la presión sonora que provoca un altavoz a 1 metro de distancia de su eje horizontal cuando se alimenta con 1 watio.

• Informa de la capacidad que tiene el altavoz para generar señal acústica.
• Cuanto mayor sea el valor de la sensibilidad, mayor potencia emitirá.
• Los materiales más ligeros fuerzan menos al amplificador aumentando la sensibilidad.
• Cuanto más ligero sea en su composición mejor sensibilidad.

 

Respuesta en frecuencia

Expresa la relación existente entre la presión sonora y la frecuencia  del altavoz.

• Este comportamiento será diferente dependiendo del diámetro del diafragma, del material del que está construido, y del sistema de suspensión.
• (El suspensor superior es un anillo elástico de material plástico o goma, y su misión es la de evitar los desplazammientos laterales del diafragma).

Existe un valor para la frecuencia (frecuencia de resonancia o de corte) a partir del cual la respuesta cae bruscamente.

• Éste es considerado como el mínimo al cual responde el altavoz, pues es su frecuencia de vibración natural  en equilibrio.
• El valor máximo de respuesta (que presenta una nueva caída brusca) limita la zona útil del altavoz.
• La zona útil se caracteriza  por una cierta linealidad en la intensidad, para no alterar los valores originales de la señal sonora.

 

Impedancia

Los altavoces son receptores de señal eléctrica.

• Por esto, la impedancia de un altavoz es el comportamiento que presenta al paso de esta corriente.
• Esta propiedad depende de sus características constructivas.

 

• Si realizamos la medición de la impedancia en bornes de un altavoz respecto de la frecuencia vemos que no se mantiene constante.
• Aparece un pico notable a su frecuencia de resonancia, después una caída, y una nueva subida.
• El valor estándar suministrado en los catálogos es la impedancia a 1 kHz Los valores típicos son 4 y 8 ohmios.
• Si la impedancia disminuye, aparece distorsión en la señal.

 

Para la conexión de altavoces hay que conservar la impedancia.

• De esta forma, a una salida estéreo de un amplificador de 4 ohmios le podremos conectar dos altavoces de 4 ohmios, o dos parejas de 8 en paralelo.
• A un amplificador de 8 ohmios de salida, le podremos conectar

dos altavoces de 4 ohmios en serie (uno a continuación del otro).
Una adaptación errónea de la impedancia ocasiona pérdida de potencia acústica o sobrecarga, con el riesgo de destruir el altavoz o el amplificador.

Potencia

Hay dos especificaciones diferentes de la potencia que puede recibir un altavoz.

1. La potencia musical o de pico es la potencia máxima que puede soportar impulsivamente un altavoz sin destruirse.
2. La potencia nominal o RMS es la que puede recibir en régimen continuo. Estos valores dependen de las características constructivas del altavoz.

La potencia que emite el altavoz se expresa con la sensibilidad (ya definida anteriormente).

FILTROS DIVISORES DE FRECUENCIA

Estos filtros permiten separar una gama de frecuencias específica para dirigirla al altavoz que mejor la pueda reproducir.
Según la frecuencia que tenga el sonido se deberá derivar a un altavoz diferente.

• Cuando tenemos los altavoces dispuestos en cajas acústicas, a cada uno de ellos se le llama vía.
• En el caso de un sistema de dos vías, el filtrado de la señal eléctrica solo separará graves y agudos, dirigiéndolos al altavoz correspondiente.
• En un sistema de tres vías, podremos también derivar tonos medios.

 

Para discriminar los sonidos graves se utiliza un filtro pasa bajos

Sólo deja pasar a través de él sonidos graves.
Los agudos emplean un filtro pasa altos.
Por tanto, las frecuencias de cruce de estos filtros son las que posibilitarán la acción de un altavoz determinado.

En el caso de la vía de medios, se usa un filtro pasa banda.

Éste se caracteriza por una frecuencia de corte superior y otra de corte inferior.
Ambas determinan la zona de frecuencias que dejará pasar el filtro.

A los filtros anteriormente expuestos se les llama filtros pasivos.
Su característica principal es que actúan sobe la señal de carga, es decir, la señal procedente del amplificador o etapa de potencia.

Los filtros activos actúan sobre la señal de línea.

Por tanto, la señal que se amplifica posteriormente tiene una frecuencia determinada y se envía al altavoz que le corresponde.

• Estos filtros se emplean generalmente en directos, y su uso protege los equipos.
• Para discriminar las vías se utilizan los CROSSOVER Éstos pueden ser monofónicos o ‑estereofónicos, e incluso de varios canales.
• Además de realizar la separación de las diferentes frecuencias, controlan los picos de la señal y limitan la potencia que se envía a los ‘altavoces, protegiéndolos.
• Incorporan conectores independientes para cada una de las diferentes vías.

 

CLASIFICACIÓN FRECUENCIAL DE LOS ALTAVOCES

Cada altavoz es idóneo para transmitir un tipo determinado de frecuencias.
Por tanto, se construyen para una gama determinada de éstas.

Altavoces de graves (WOOFER)

• Se emplean para reproducir tonos graves, por lo que su frecuencia de resonancia es muy baja.
• Como ésta depende de las dimensiones del diafragma, son los altavoces cuyo diámetro exterior es mayor.
• Como mínimo suelen ser de 12″, y cuanto mayor sea el diámetro podrán reproducir sonidos más graves.

 

• Tienen una respuesta bastante deficiente para medios y agudos, por lo que estas señales no se les envían.
• Trabajan hasta 3 ó 4 kHz en solitario o en modelos de dos vías, y aproximadamente 800 Hz en bafles de tres vías.
• Su frecuencia de resonancia depende de su diámetro exterior, aunque es cercana a 20 Hz.

 

Altavoces de medios

Se encargan de las frecuencias medias.

• Pueden responder, según su diámetro, hasta 6 u 8 kHz. Su frecuencia de resonancia vale unos 200 Hz.
• El diámetro exterior de estos altavoces es intermedio entre los de graves y los de agudos.

 

Altavoces de agudos (TWEETER)

Reproducen altas frecuencias, hasta 20 kHz en algunos modelos.

• Empiezan a responder a su frecuencia de resonancia que es cercana a 2 kHz.
• Tienen el menor diámetro exterior de todos los altavoces.

 

TROMPETAS O BOCINAS

utilizan un tubo para emitir el sonido cuyo diámetro crece a medida que se aleja del diafragma.

• Esto hace que aumente el rendimiento del altavoz, y por tanto puede trabajar con señales más débiles.
• De las dimensiones de este tubo depende el valor de la frecuencia de resonancia.

Hay diversos tipos de bocinas: exponencial, cónica, hiperbólica, cuadrada; formas que originan comportamientos diferentes. Cuanto mayor sea la abertura de la trompeta, mayor será la respuesta en graves y más distorsión habrá. Se usan habitualmente para altavoces de agudos y medios.

BAFLES O CAJAS ACÚSTICAS

Debido a que los altavoces irradian energía acústica por los dos lados de su membrana, es necesario disponerlos en cajas que eviten que se puedan anular ambas señales (el desfase existente entre ambas es de 180 grados).

• Un lado está sometido a compresión y el otro a depresión, lo cual reduce la vibración del diafragma.
• Estas cajas son de madera o plástico, y si se han de usar en exteriores llevan un tratamiento antihumedad e ignífugo.

 

• Al montar los altavoces en cajas, lo que se produce es una presión/ depresión del volumen de ésta.
• Si el volumen es pequeño, la frecuencia de resonancia es mayor.
• Para evitar esto, se introduce en la caja material absorbente (lana de vidrio u otros materiales); así las ondas sonoras no rebotarán en su interior.

 

Tipos de bafles

Los bafles pueden construirse de diversas maneras, (o que produce diferentes respuestas sonoras. Una caja de gran volumen permitirá una mejor respuesta de graves.
Podemos considerar como tipos habituales los siguientes:

• Bafle infinito o cerrado.

• Bass‑reflex

• Bafle con radiador pasivo o activo‑pasivo.

 

Bafle infinito o cerrado

Es la construcción más sencilla. Consiste en una caja a la que se le practica un agujero donde se coloca el altavoz (o altavoces).

• Conseguiremos así separar las ondas emitidas frontalmente de las emitidas por la parte posterior del altavoz.
• Evitaremos así que pueda haber cancelaciones de fase entre ambas.

El hecho de que la caja esté totalmente cerrada provoca que los desplazamientos del aire contenido en ella hagan que la suspensión del cono esté rígida.
Esto aumenta el valor (no el nivel) de la frecuencia de resonancia, ocasionando una coloración al sonido, perdiendo graves.

Para evitar esta coloración se recubre la parte interior de la caja con materiales absorbentes, así se intenta anular la radiación posterior del altavoz (o altavoces).

Bass‑reflex

Son los bafles de uso más habitual.
Se construyen realizando una o varias ventanas en la caja, que permiten recuperar parte de la energía acústica que se encuentra en su interior.

• Se consigue reducir el valor de la frecuencia de resonancia, mejorando notablemente la respuesta en bajas frecuencias.
• Del volumen de la caja y del área de las ventanas dependerá la frecuencia de resonancia del bafle A la ventana se accede a través de un tubo cuyas dimensiones han de ser tales que consigan que la frecuencia de resonancia de la ventana sea la misma que la del altavoz de graves.
• A esta frecuencia el sonido sale reforzado, al estar en fase con el sonido original.

El tubo interior se puede reducir, y por tanto el volumen de la caja, si realizamos laberintos o conducciones de aire en su interior. Éstas han de tener unas dimensiones determinadas.

• Si la ventana se efectúa en la cara posterior de la caja, es necesario dejar una mínima distancia de 10 cm respecto a la pared posterior don‑ de se haya ubicado el bafle Esto permitirá que no haya pérdida de graves.
• Además, se ha de colocar a más de 1 metro de la pared frontal para que haya equilibrio entre todas las frecuencias (a menores distancias los graves quedan realzados).
• Si no se puede evitar esta ubicación, habrá que resolver estos problemas con la ayuda del ecualizador del sistema.

 

Bafle con radiador pasivo o activo‑pasivo

Es una derivación del modelo anterior. En este caso, se coloca un altavoz sin sistema de excitación (carece de la parte eléctrica) en la ubicación de la ventana.
A este altavoz se le llama radiador pasivo; aprovecha las radiaciones posteriores del activo en el bafle y las emite.
Este bafle consigue mejorar la respuesta de graves y reduce la distorsión. Todo ello con un volumen de caja inferior al del bass‑reflex y con una respuesta mejor.

conexionado de las cajas acústicas

Las cajas presentan dos terminales que permiten emplear hilo pelado ‘ó conectores tipo banana.

• Tienen dos colores: rojo para el positivo y negro (a veces blanco) para el negativo.
• Una conexión incorrecta ocasionará una pérdida de graves en el bafle.
• Por ello hay que hacer coincidir el positivo del amplificador con el del bafle, así tendremos concordancia de fase. Es conveniente emplear cable paralelo rojo y negro para asegurarnos.
• En usos profesionales de alta potencia el conector que se emplea es el conector speakon. A1 igual que los BNC se enclava dándole un cuarto de vuelta, y para mayor seguridad incorpora una pestaña como los XLR Es muy fiable, y está disponible en modelos de 4 y 8 terminales, siendo el empleado por la mayoría de fabricantes de cajas acústicas profesionales.

dos monitores

A los bafles que se emplean en los estudios de grabación y en la producción de audio se les llama monitores. Podemos diferenciar dos tipos para los estudios:

Monitores de alta calidad y potencia:

• se colocan a cierta distancia del técnico, generalmente en las esquinas superiores de la pared más estrecha.
• Vienen afectados por la acústica de la sala de control.
• Han de permitirnos escuchar a fondo la mezcla para poder mejorarla al máximo.
• Además, deben tener un comportamiento lo más lineal posible para no darnos una idea equivocada del resultado final.
• Por esto, la escucha se hará a una intensidad elevada, para trabajar así en la zona de las curvas isofópicas que es más lineal.

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Monitores de baja potencia:

• se ubican al lado de la mesa.
• Permiten efectuar el monitorizado de proximidad.
• No viene afectado por la acústica de la sala, y da idea de cuál sería el resultado de la producción en una escucha doméstica.
• Para colocarlos hay que intentar evitar que el sonido que emitan rebote excesivamente sobre la mesa del estudio.

 

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por último, recordemos que también se llama monitores de directo cuñas a las cajas acústicas que se emplean en los escenarios para la escucha de los músicos e intérpretes.

• Estas cajas se suelen situar en el suelo (cuñas) o apoyar en soportes metálicos (columnas).
• Hay que cuidar su ubicación para evitar la aparición del efecto Larsen con los Micrófonos del escenario.

 

Sistemas de escucha

La escucha habitual que se efectúa en cualquier equipo de amplificación es estereofónica Los dos canales (izquierdo y derecho) del sistema reciben dos señales independientes.
La aparición de los sistemas de cine doméstico ha incorporado nuevos equipos de sonorización Dolby Pro‑logic, Cinema DSP THX Emplean un mínimo de 5 altavoces.

• La primera característica de estos equipos es el altavoz de cavial central.
• Se coloca encima o debajo del monitor de televisión, o si es una pantalla transparente, detrás de ésta.
• Sincroniza los diálogos y mejora las transiciones laterales de las imágenes un avión que se desplaza a través de la pantalla, por ejemplo
• Otra mejora respecto a los sistemas convencionales son los altavoces de efectos (surround).
• Permiten crear campos de sonido virtuales.
• Esto se consigue con los altavoces traseros que mejoran los efectos especiales.
• Los equipos que controlan estos sistemas disponen de preajustes que provocan campos acústicos muy diversos (grandes teatros, pabellones deportivos, pequeñas salas).

Podemos distinguir dos sistemas:

• cuando la banda de efectos viene grabada ya y se trata como una señal más,
• y cuando ésta no existe y reproducimos la señal acústica en un campo sonoro seleccionable Según el género de la película (aventuras, musical), los campos sonoros serán muy diferentes.
• Además, podremos escuchar cualquier fuente sonora (procedente de un CD, por ejemplo) en el ambiente que deseemos.

 

El uso de retardos (DELAYS)

Cuando se realiza la sonorización de un espectáculo que requiere el uso de grupos de altavoces ubicados en diferentes lugares, evidentemente en grandes recintos, se ha de cuidar que todo el sonido emitido esté en fase para todas las posibles ubicaciones del público.
Para ello se emplean unidades de retardo (Delay) que adaptan los tiempos de llegada de las ondas sonoras.

• Los grupos de altavoces frontales y los de la zona media del recinto emitirían el sonido prácticamente a la vez.
• Para que éstos tarden más se les incorpora la unidad de retardo.
• Así, los altavoces frontales lo que hacen es reforzar la señal de los altavoces de la zona media, ya que éstos tienen evidentemente mucha mayor potencia.
• Si tuviéramos más grupos de altavoces, deberíamos aplicar retardos mayores cuánto mayor fuera la distancia a los altavoces frontales.