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Un Altavoz, o Parlante, es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de
sonido. Al igual que en el micrófono dinámico, la transducción es un doble procedimiento:
eléctrico-mecánico-acústico. Consiste por lo tanto en un imán, que por inducción
electromagnética mueve una bobina adosada a un cono, o membrana que mueve el aire que
tiene situado frente a él, generando así variaciones de presión o vibraciones, es decir, ondas
sonoras.
Tanto en sonido de alta fidelidad (sonido de buena calidad para consumo familiar) como en
sonido profesional (sonido de calidad superior para grabaciones o espectáculos) es habitual
utilizar cajas acústicas que incluyen dos o más altavoces que cubren diferentes rangos de
frecuencias. A cada una de estas divisiones o rangos, se los llama vías, es decir que un sistema
de 3 vías dividirá el espectro de la señal en tres partes y las reproducirá con tres parlantes
diferentes. Los rangos estimativos son los siguientes:
Woofer (ladrador)
40 - 500 Hz
Squawkers (graznador)
500-6000 Hz
Tweeters (piador)
sobre 6000
En ciertos sistemas de sonido profesional, ya sea para de potencia, o para estudios, cada
altavoz posee una caja independiente. Y se coloca una caja o más por cada rango de
frecuencias, con características específicas para ese rango o ese altavoz en particular.
Existen también los sub-woofer que permiten reproducir frecuencias entre los 20 y los 80 Hz,
los mas profesionales reproducen frecuencias mas bajas aún. Un observador no puede
localizar la fuente de los sonidos que produce este dispositivo, esto tiene que ver con que la
longitud de onda de las frecuencias que reproduce requieren de varios metros para completar
su ciclo, por lo que dependerá del tamaño del recinto y la posición en la cual se lo ubique.
Existen tweeters de tipo “bala” , así como también los “domos”
De cúpula en compresión (tipo bala): se construye con materiales mas duros, y se comportan
exponencialmente, por lo que logran mayor presión acústica con menor tensión.
Domo (o de Cúpula): se construye con materiales más ligeros. Los hay de seda, de metal y de
cartón. En comparación son menos direccionales, tienen un rango dinámico más parejo,
ofrecen mejor sonido y menor cancelación de fases, pero a costa de una menor potencia.
Domos
Los parlantes necesitan ir en cajas acústicas por el hecho de que cuando la membrana de un
parlante reproduce una señal hacia adelante, inevitablemente genera la misma señal hacia
atrás, pero con la fase invertida. Si ambas señales se encuentran, se cancelan, eliminando gran
parte de las frecuencias, sobre todo las mas graves esto se llama “Cortocircuito Acústico”.
Para evitar este problema, los parlantes son colocados dentro de cajas. Esto resuelve parte del
problema, pero genera otros inconvenientes. Por ejemplo que la señal rebota contra el fondo
de la caja, lo que podría hacer que se volviera a encontrar con la señal producida hacia el
exterior. Para reducir este riesgo se intenta que las cajas no sean simétricas, de modo tal que
las caras frontal y trasera no sean paralelas. Por otro lado el interior de ciertas cajas contiene
materiales acústicos que reducen los rebotes internos.
La frecuencia natural o de resonancia de un cuerpo o de un sistema es aquella frecuencia que
tiene una tendencia o facilidad para vibrar.
Todo cuerpo o sistema tiene una, o varias, frecuencias características. Cuando un sistema es
excitado a una de sus frecuencias características, su vibración es la máxima posible. El
aumento de vibración se produce porque a estas frecuencias el sistema entra en resonancia.
Como todos los sistemas, los parlantes tambien tienen su frecuencia de resonancia.
A la frecuencia de resonancia propia del parlante la llamaremos Fs, mientras que a la
frecuencia de resonancia del parlante montado en la caja acústica, lo llamaremos Fb.
En el caso de los parlantes de graves, la frecuencia de resonancia es muy marcada, por lo que
la caja acústica que se utilice será de suma importancia para lograr una respuesta más plana.
Gráfico de respuesta en frecuencia de un woofer sin caja acústica.
Consiste en una caja sellada, rellena con material absorbente. La presión de aire se calcula
de modo tal que tenga la presión necesaria para que el parlante o los parlantes puedan
moverse con libertad. La calidad del sellado influye en la calidad final del sonido.
En un diseño de Suspensión Acústica el gabinete está sellado. Es primordialmente utilizado
para el diseño de sub-woofers, el diseño de suspensión acústica utiliza el aire dentro del
gabinete como un "resorte" que hace regresar el cono a la posición de reposo.
Este diseño permite el uso de woofers mas grandes y pesados dando como resultado la
reproducción de frecuencias más bajas y con mas volumen. Sin embargo, la potencia
resultante es más deficiente en cuanto al uso de energía, requiriendo amplificadores mas
potentes que los diseños tradicionales.
Es un volumen de aire cerrado, por lo tanto la Fb será siempre mayor que Fs. Conviene
utilizar altavoces con Fs baja.
Monitores de estudio
Los monitores de estudio son parlantes especialmente diseñados para aplicaciones de
uso profesional, como ser grabaciones en estudio, banda sonora para cine, estudios de
radio y TV, o estudios de mastering, donde la referencia de lo que se está haciendo
debe ser lo más perfecta posible en cuanto a planicidad de la respuesta en frecuencia y
fase.
En los estudios profesionales es normal encontrar más de un par de monitores.
Normalmente hay un par de campo cercano y otro par de campo lejano o abierto, que
suelen ser de mayor tamaño y pueden estar empotrados en la pared frontal al técnico.
Estos parlantes utilizan la sala de control como caja acústica, permitiendo detectar un
nivel de detalle mayor en el rango de frecuencias graves, mientras que los de campo
cercano suelen ir sobre la consola, o inmediatamente detrás de ella, a la altura de la
cabeza y permiten un acercamiento mayor al audio de un equipo doméstico, restando
mucha acústica del estudio, de forma que se oiga mayor parte de la mezcla como
sonido directo y menos reflexiones. Esto permitió realizar trabajos profesionales en
espacios que no necesariamente hayan sido diseñados con fines exclusivamente
acústicos. Se hicieron muy populares en los últimos 20-30 años, cuando entre otras
cosas el punto de escucha de gran parte de los oyentes pasó de estar en una
habitación con grandes parlantes, a ir escuchando música por la calle con auriculares,
o bien en el auto, o con equipos de música portátiles.
Los monitores son una pieza fundamental, ya que son nuestra referencia a la hora de
acomodar los elementos de nuestra mezcla, decidir la posición de cada micrófono, y
poder apreciar los procesos que vamos aplicando.
Existen cada vez más marcas y modelos de monitores de respuesta plana. Cada uno de
ellos suena de una manera diferente (al igual que los micrófonos), por lo que en
algunos estudios hay varios pares de monitores.
Ω
Impedancia
La impedancia Z es la dificultad que pone el circuito al paso de la corriente alterna.
Vendría a ser la resistencia, pero teniendo en cuenta otras variables como ser la
frecuencia, o la reactancia.
La resistencia es el valor de oposición al paso de la corriente (sea corriente continua o
corriente alterna) que tiene el resistor o resistencia.
En los capacitores e inductores (bobinas) lo que se mide no es la resistencia sino la
Reactancia.
Cuando en un mismo circuito se tienen estos elementos combinados (resistencias,
capacitores y bobinas) y por ellas circula corriente alterna, la oposición de este
conjunto de elementos al paso de la corriente alterna se llama: impedancia, se mide
en ohms Ω y se nombra con la letra Z.
Cada altavoz o parlante tiene un determinado valor de impedancia, por lo general
entre 4 y 16 Ω.
Al sumar parlantes, tenemos la posibilidad de conectarlos en serie, o bien en paralelo.
Al conectarlos en serie, la Impedancia equivalente es igual a la suma de las
impedancias involucradas, mientras que en el caso de conectarse en paralelo, la
impedancia equivalente de la carga se puede calcular con la siguiente fórmula:
1
1
1
= +
Zeq Z1 Z2
Ω
Ω
Adaptación de impedancias
Cuando vamos a conectar un parlante, o una serie de parlantes a un amplificador de
potencia, la impedancia del parlante determinará la potencia obtenida. A la
impedancia del parlante (o la impedancia equivalente de los parlantes conectados), se
la llama impedancia de carga, o simplemente Carga.
Pero no nos alcanza solamente con el dato de la impedancia de carga para saber la
potencia real que produce, ya que también el circuito del amplificador de potencia
posee una determinada impedancia interna al igual que ocurría en el divisor de
tensión.
En el caso de los amplificadores de potencia (las “potencias”) tanto la entrada como la
salida poseen impedancias determinadas. Se habla en estos casos de impedancia de
entrada, e impedancia de salida. La impedancia de entrada nos determinará el nivel de
entrada de la señal, al igual que ocurre en las consolas (es decir que no será igual para
una entrada Mic que para una entrada Line, o una Tape).
A la hora de conectar uno o varios parlantes a un amplificador de potencia, puede
ocurrir: que la impedancia de salida del amp sea igual a la impedancia de carga del
parlante (o grupo de parlantes), o bien que sean diferentes.
Si estos valores son iguales, se logrará la máxima transferencia de potencia, es decir
que la potencia obtenida en la carga será la máxima posible.
Si estos valores son diferentes, dependerá de la adaptación de impedancia, la potencia
que obtendremos a la salida.
Una adaptación de impedancia inadecuada puede conducir a un uso excesivo de
potencia, distorsión y problemas de ruido. Los problemas más graves se producen
cuando la impedancia de la carga es demasiado baja, lo cual, requiere demasiada
potencia desde el dispositivo activo para alimentar la carga a niveles aceptables. Por
otro lado, la consideración principal para un circuito de reproducción de audio es la
reproducción de alta fidelidad de la señal, y esto no necesariamente requiere una
transferencia de potencia óptima.
Para calcular la adaptación de la impedancia lo que calculamos es la tensión de la carga
𝑉𝐶
Llamaremos 𝑍𝑎𝑚𝑝 a la impedancia de salida del amplificador, mientras que la
impedancia de carga será 𝑍𝐶
Para calcular la tensión de la carga podemos aplicar el cálculo que usábamos en el
divisor de tensión reemplazando las R por Z. Donde 𝑍𝑎𝑚𝑝 es la impedancia de salida
del amplificador y 𝑍𝑐 es la impedancia de carga.
𝑉𝑐 = 𝑉𝑎𝑚𝑝 .
𝑍𝑐
𝑍𝑎𝑚𝑝 + 𝑍𝑐
Para calcular la Potencia de la carga, utilizaremos una variante de la ley de ohm, donde
𝑃𝑐
=
𝑉𝑐
2
𝑍𝑐
entonces:
𝑃𝑐 =
Si distribuimos el cuadrado del numerador nos queda:
(𝑉𝑎𝑚𝑝 .
𝑃𝑐 =
𝑍𝑐
)2
𝑍𝑎𝑚𝑝 +𝑍𝑐
𝑍𝑐
𝑉𝑎𝑚𝑝 2
𝑍𝑐 2
(𝑍𝑎𝑚𝑝 +𝑍𝑐 )2
.
𝑍𝑐
El cuadrado de 𝑍𝑐 de arriba de todo se cancela con el 𝑍𝑐 de abajo de todo, y nos
queda finalmente la siguiente fórmula:
𝑃𝑐 = 𝑉 2 .
Zc
(𝑍𝑎𝑚𝑝 + 𝑍𝑐 )2
Ejemplo:
En una sala de espera de un centro de diagnóstico se quiere realizar una instalación de
4 parlantes de 8 ohm y se los va a conectar a una potencia de 100W para pasar música
e ir llamando a los pacientes.
En las especificaciones de la potencia está la siguiente impofrmación:
Potencia: 100W RMS a 4Ω
Tensión de salida (max) = 40 V
Impedancia de salida: 4Ω
Si los 4 parlantes se conectaran en serie, la impedancia equivalente de la Carga será
de 32 Ω, si los 4 parlantes se conectaran en paralelo la impedancia equivalente sería:
1
𝑍𝑒𝑞
1
𝑍𝑒𝑞
=
1
8Ω
1
=
8Ω
+
1
8Ω
+
1
8Ω
+
1
En serie:
8Ω
32Ω
En paralelo: 2Ω
de modo que Zeq = 2 Ω
De este modo, podemos hacer el cálculo de cuánta potencia estaría entregando el
amplificador para cada caso:
𝑃𝑐 = 𝑉 2 .
Serie)
Paralelo) 𝑃𝑐 = 𝑉 2 .
Zc
(𝑍𝑎𝑚𝑝 +𝑍𝑐
)2
Zc
(𝑍𝑎𝑚𝑝 +𝑍𝑐 )2
= 402 .
= 402 .
32𝛀
(4Ω+32Ω)2
2𝛀
(4Ω+2Ω)2
= 39,51 W
= 88,88 W
Si nosotros quisiéramos lograr la mayor potencia posible lo que podríamos hacer es
poner en serie, dos pares de parlantes interconectados en paralelo. Es decir:
en este caso la impedancia equiv. Será:
1
𝑍𝑒𝑞
=
1
8Ω+8Ω
+
1
8Ω+8Ω
=
1
4
de modo que 𝒁𝒆𝒒 = 𝟒 𝛀
Al conectar los parlantes de esta manera, obtenemos el mismo valor de impedancia
para la Carga que para la Potencia. De modo que el cálculo de la potencia quedaría de
la siguiente forma:
𝑃𝑐 = 𝑉 2 .
Zc
(𝑍𝑎𝑚𝑝 +𝑍𝑐
)2
= 402 .
4𝛀
(4Ω+4Ω)2
= 100 W
Y de esta manera la potencia será la máxima posible.