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SONIDO: Nociones básicas No 11
Parlantes II
Habiendo definido ya ciertos componentes de aquellas fuentes sonoras
denominadas parlantes pasemos a conocer más profundamente su
conformación y funcionamiento.
Los componentes mayoritarios de los radiadores directos son el driver
propiamente dicho, el gabinete y el crossover.
A modo de síntesis presentamos el siguiente diagrama:
Bobina
Driver
Motor
Diafragma
Diafragma
Suspensión
Suspensión
Modos internos
Radiador directo
Gabinete
Vibraciones del Gabinete
Crossover
Pasivos
Activos
En el despiece del driver se pueden localizar todas las piezas arriba
mencionadas:
Motor:
Sintetizando el principio de funcionamiento de un driver de bobina móvil
podemos decir que es el siguiente:
Cuando una corriente eléctrica circula a través de un conductor inmerso en un
campo magnético, aparece una fuerza sobre el conductor que tiende a
desplazarlo de su lugar. Su magnitud es el producto del valor de la corriente
(Amperes) y la fuerza del motor B.l (Webers /metro).
B es la densidad de flujo en el “gap” (abertura) de la bobina (expresada
normalmente en Gauss, donde 10kG = 1Tesla = 1Wb/m2) y l es la longitud de
la bobina en metros dentro de dicho campo magnético. Esto es:
F = (B.l ).I
Si enrollamos el conductor sobre un cilindro de sujeción liviano obtendremos
una bobina, móvil en este caso dado que la fuerza generada actuará sobre ella.
Esta última actúa a través del eje de simetría de la bobiina móvil
(generalmente perpendicular al eje del conductor)
Si solidarizamos un diafragma a dicha bobina móvil y se hace circular una
corriente variable en el tiempo obtenemos una transducción electro-acústica,
porque el primero se moverá sobre el eje de la segunda siguiendo las
variaciones de la señal eléctrica inyectada.
Para unidades de tipo consumidor B.l no supera los 15 T-m (Tesla – Metro).
Las densidades de flujo correspondientes van desde 4 kG a 20 kG (kilo Gauss).
Para ser más específico, de 4 a 12 kG para woofers y de 10 a 20 kG para
tweeters.
Los grandes valores de fuerza necesarios en motores de drivers para sistemas
profesionales son posibles gracias al uso de estructuras pesadas en el mismo y
de diámetros de bobinas grandes (≥ 50mm).
Los principales atributos en el diseño de la bobina móvil son su diámetro,
altura, impedancia eléctrica, material (aluminio, Kapton u otros componentes
elegidos en función de su baja masa, rigidez y robustez térmica), resistividad y
tipo de arrollamiento (número de capas). La combinación de estas propiedades
estará relacionada con la eficiencia acústica del driver, la resistencia eléctrica
(en DC), la amortiguación resonante, la banda pasante, la potencia eléctrica
soportable y la potencia acústica obtenible.
Un dato importante es la excursión de la bobina móvil la cual será función de la
altura de la misma.
Dentro de las estructuras estándard (ver figura siguiente) están las bobinas
largas con “gap” corto, y cortas con “gap” largo. Estas últimas evidencian
mejor linealidad y menor masa de bobina, mientras que las primeras poseen
mayor eficiencia, mayor capacidad de excursión y menor relación costo /
efectividad.
Diafragma:
La gran mayoría de drivers dinámicos usan conos de papel o varios tipos de
plásticos como ser compuestos de polipropileno, etc..
Estos últimos
generalmente contienen agentes rigidizantes como ser el talco, la mica, el
grafito o la fibra de vidrio. Otros materiales pueden ser, el Kevlar, el carbón o
el vidrio.
La relación masa-rigidez y la amortiguación son las propiedades mas
importantes.
Generalmente un cono relativamente liviano y rígido (baja
relación masa-rigidez) es deseable por lo que la rigidez del cono brinda una
performance extendida hacia las frecuencias medias (en un woofer) y la baja
masa permite el uso de un motor de menos fuerza para obtener una dada
eficiencia.
En parte, las propiedades del material del cono afectan la gravedad y la
frecuencia donde ocurre su rotura. La flexibilidad del cono está relacionada con
las vibraciones estructurales radiadoras de sonido (generalmente ondas tanto
longitudinales como de flexión) dentro del material del diafragma. Las ondas
radiales se originan en la unión entre el cono y la bovina móvil y se propagan
hacia fuera hasta la suspensión donde en cierto grado son reflejadas hacia la
protección contra el polvo. Como resultado se obtienen modos de vibración
concéntricos cuyas frecuencias de resonancia dependen de la rigidez y masa
del material. Esto se puede observar en la siguiente figura.
A medida que la relación masa-rigidez se reduce, estos modos aparecen a
mayores frecuencias, idealmente mas allá de la frecuencia de corte máxima del
driver.
Las ondas de flexión que se propagan concéntricamente conforman los modos
radiales. Debido a una baja rigidez en la flexión, estos modos son de
frecuencias mucho mas bajas (por ejemplo, para un cono de 8 pulgadas
aparecen cerca de los 100 Hz). Los efectos de las mismas en la respuesta de
presión son prácticamente inocuos y generalmente negligibles.
Tapa anti polvo:
Su función es sellar la abertura entre la bovina móvil y la pieza polar que de
otra forma estaría expuesta a todo tipo de partículas. Además las tapas
perforadas permiten la ventilación y el enfriamiento de la bobina móvil.
Araña y suspensión:
Este sistema conforma la suspensión mecánica del driver, contribuyendo a la
fuerza de restitución aplicada sobre el cono en proporción al desplazamiento
sobre su rango lineal (pequeña señal)
La primera provee la mayor parte de la rigidez de suspensión y contribuye al
centrado axial mientras que la segunda mantiene el cono centrado sosbre la
pieza polar y provee una terminación amortiguada en el borde del cono, para
reducir vibraciones estructurales del mismo.
Campana:
Es la estructura que soporta y donde se ubican los componentes del driver y es
la interfaz con el gabinete.
Su atributo más importante es la habilidad de aislar al gabinete de los
componentes móviles del sistema, presentando idealmente una impedancia
mecánica infinita, tanto al gabinete como a los componentes del driver.
La aplicación de anillos de material amortiguante entre la campana y el
gabinete ayudan a reducir la transmisión de energía vibracional y también
previenen pérdidas de aire.
Gabinete:
La función del mismo es controlar la transmisión de la energía sonora radiada
por detrás del driver, evitando la cancelación con la energía irradiada
frontalmente en bajas frecuencias.
También sirve para cargar acústicamente al driver, especialmente en bajas
frecuencias y en el funcionamiento de gran señal.
En la siguiente figura se observa la cancelación de la energía en la imagen B
mientras que en la C esto se evita mediante el uso de un gabinete.
Modos internos:
Como cualquier espacio acústico una cavidad resuena a ciertas frecuencias que
dependen de sus formas y dimensiones. Las ondas estacionarias pueden
causar irregularidades en la respuesta en frecuencia, observándose picos y
valles de variadas magnitudes y ancho de banda en los mismos.
Hay diferentes métodos para atenuar los efectos modales adversos como ser
ubicar los componentes del sistema en zonas de mínima presión de los modos
conflictivos y utilizar material disipativo en las zonas de máxima velocidad.
Vibraciones del gabinete:
Si definimos como gabinete ideal a una estructura perfectamente rígida,
podemos afirmar que la misma no contribuirá a la radiación sonora del
sistema.
Pero la realidad nos muestra gabinetes que, lejos de ser ideales, contribuyen
con radiación sonora por medio de sus vibraciones.
Dada una particular resonancia, la radiación del gabinete es controlada por
rigidez debajo de la misma, por masa encima de la misma y por amortiguación
dentro del ancho de banda modal.
Hasta aquí podemos afirmar que diseñar y armar un buen sistema
electroacústico no es cuestión de poner un parlante dentro de un gabinete,
sino de la correcta combinación entre los componentes de este complejísimo
sistema de variables apenas esbozado (más el que falta presentar).
Entonces, ¿cuál es el resultado de atornillar (a la ligera) un grupo de parlantes
dentro de un cajón (cerrado o no)?. Desconocido, y lo más probable es que no
sea bueno. Por esto, antes de mal invertir el dinero es preferible estudiar o
comprar algo bien diseñado y ya probado bajo ciertas reglas del buen arte.
Ing. Alejandro Bidondo
www.ingenieriadesonido.com