A l t a v o c e s

Un altavoz es un transconductor electroacústico que transforma energía eléctrica en acústica.

Esta transformación no se lleva a cabo directamente. Primero, estos dispositivos transforman la energía eléctrica en mecánica y luego la energía mecánica en acústica.

Partes de un altavoz

Según las características anteriores podemos diferenciar las partes del altavoz en:

Parte electromagnética: constituida por el imán y la bobina móvil. En esta parte, la energía eléctrica llega a la bobina móvil situada dentro del campo magnético y por eso se produce el movimiento de la bobina móvil

Parte mecánica: formada por el cono y su suspensión. Sobre el cono está montada la bobina móvil, la que al moverse arrastra al cono y lo hace vibrar.

Parte acústica: es la que transmite al recinto de audición la energía sonora desarrollada por el cono.

Clasificación de los altavoces

Los altavoces pueden clasificarse de varias maneras, atendiendo los elementos que lo componen y/o a la gama de frecuencias que reproducen.

Dinámicos

Electrodinámicos

• Según los elementos: Electrostáticos

Piezoeléctricos

Altavoces de bobina móvil

• Según los elementos mecánicos:

Altavoces de hierro móvil

Altavoces de membrana metálica

• Según los elementos Altavoces de membrana cónica de cartón

acústicos: Altavoces de aire comprimido

Altavoces de uso general

• Según la banda de frecuencias Altavoces para tonos graves

que pueden reproducir: Altavoces para frecuencias medias

Altavoces para tonos agudos

Altavoces dinámicos (Fig. 1)

Este tipo de altavoces es el más usado para alta fidelidad. Está constituido por las siguientes partes:

Cono o diafragma.

Campana.

Yugo.

Imán permanente.

Bobina móvil.

Araña.

Tapa de retención de polvo.

Cables de conexión de la bobina móvil.

Bornes de entrada.

Cono.

El cono o diafragma está fabricado de material fibroso y liviano con la finalidad de que sea lo más inerte posible. La forma del cono depende de la banda de frecuencias que reproduce, las características de directividad y la potencia admisible del altavoz.

Campana. (Fig. 2)

Está fabricada con chapa muy delgada, cuya rigidez mecánica se ha aumentado mediante las nervaduras de refuerzo. La campana debe servir como soporte a todas las piezas del altavoz y sujetar el altavoz a la caja acústica o baffle.

La campana debe estar cubierta de una capa galvanoplástica que evite su oxidación.

Yugo. (Fig. 3a)

El yugo aloja en su interior al imán permanente. El yugo debe estar fabricado con un material de alta permeabilidad para evitar pérdidas del campo magnético del imán.

Imán permanente. (Fig. 3a)

El imán permanente es el sistema de excitación del altavoz. Este se coloca dentro del yugo. Consiste en un imán cilíndrico de alta conducción. Los yugos se fabrican, generalmente, con óxidos ferromagnéticos, que permiten inducciones magnéticas superiores y un peso reducido.

Bobina móvil. (Fig. 3b)

La bobina móvil esta constituida por un devanado montado sobre un tubo cilíndrico. Este tubo debe soportar los esfuerzos que se originan durante el bobinado así como los esfuerzos que hace la araña durante el movimiento vibratorio de la bobina, pero también debe ser hecho de un material de un espesor reducido.

El devanado de la bobina debe realizarse con gran exactitud, tanto eléctrica como mecánica. El grueso del hilo depende de la carga que deba aceptar el altavoz y su aislamiento debe ser de gran calidad para evitar cortocircuitos entre espiras.

La bobina se adhiere a su soporte mediante un cemento especial que resista las vibraciones que tendrá.

Araña.

La araña debe centrar la bobina móvil en el entrehierro, con el fin de que no se produzcan roces entre la bobina y el imán o el yugo. La araña se coloca en el cuello del cono, sirviendo para unir a este con la bobina móvil.

Hay varios tipos de arañas:

Arañas de suspensión externa y perfil plano: son colocadas en la parte exterior del diafragma y su suspensión se realiza por puntos.

Arañas de suspensión externa y perfil ondulado: Se colocan igual que la anterior pero su suspensión es continua.

Arañas de suspensión interna: son siempre planas y se colocan en el interior del cono. Este tipo de araña posee poca flexibilidad, lo que hace que no sea adecuada para altavoces de graves.

Tapa de retención de polvo. (Fig. 4a, 4b)

Cuando se acumula polvo con el tiempo en el entrehierro, este provoca la inmovilización de la bobina móvil. Para evitar esto, se coloca una tapa de retención de polvo, que tape el agujero del soporte de la bobina móvil en el interior del cono. Estas tapas pueden ser planas o semiesféricas.

Sistema de conexión de la bobina móvil.

El sistema de conexión de la bobina móvil consiste en dos hilos que unen los bornes de la bobina con los dos bornes situados sobre la campana del altavoz. Estos bornes van situados sobre una regleta aislante en la campana o por dos bornes aislados que se encuentran en los brazos de la campana.

Funcionamiento de los altavoces dinámicos.

El imán permanente, cuyo núcleo se introduce en parte dentro de una bobina móvil, es quien transforma la energía eléctrica en mecánica en un altavoz dinámico.

Según sea el valor de la corriente AC aplicada a la bobina móvil, se creará un flujo magnético variable en esta, cuya intensidad dependerá de la citada corriente. Como la polaridad del imán no cambia, la bobina móvil será atraída o repelida por el imán, produciéndose la vibración de la bobina de acuerdo con la corriente. La bobina arrastra al cono, haciendo este las compresiones y depresiones del aire en una u otra cara del cono.

Altavoces electrodinámicos (Fig. 5)

Este tipo de altavoz se basa en los principios del altavoz dinámico pero en lugar de utilizar un imán permanente, este utiliza un electroimán que creará el campo magnético necesario.

Partes de un altavoz electrodinámico:

Yugo.

Bobina móvil.

Núcleo del electroimán.

Devanado del electroimán.

El electroimán es excitado con la corriente continua de alta tensión que proporciona el circuito rectificador.

Este tipo de altavoz está fuera de uso en equipos de alta fidelidad.

Altavoces electrostáticos (Fig. 6)

Este tipo de altavoz tiene su principio de funcionamiento basado en la variación de la distancia de las placas de un condensador (variación de capacidad), siendo una fija y otra móvil. Las diferentes tensiones de frecuencia hacen variar la atracción, lo que hace que se mueva el diafragma.

El condensador C tiene por misión el bloque o de la tensión continua de polarización U, ofreciendo una impedancia despreciable a las señales que excitan al altavoz.

Este tipo de altavoz puede reproducir una variedad más amplia de frecuencia con relación a los piezoeléctricos.

Altavoces piezoeléctricos (Fig. 7)

Esta clase de altavoces tiene su principio de funcionamiento basado en las deformaciones que sufren los cristales piezoeléctricos cuando se les aplica una tensión entre sus caras.

El voltaje que viene desde el amplificador es aplicado a las caras del cristal por unos electrodos de contacto. Al cristal entrar en movimiento, hace vibrar al cono, al cual está conectado mecánicamente.

Este tipo de altavoces no reproduce variedades de frecuencias, por tanto es usado en algunos casos para reproducir tonos agudos en equipos profesionales.

Características técnicas de un altavoz

Un altavoz debe seguir ciertas características, dependiendo de su función. Las más importantes son:

1- Impedancia.

2- Frecuencia de resonancia.

3- Respuesta de frecuencia.

4- Potencia admisible.

5- Directividad.

6- Resistencia de la bobina móvil.

7- Campo magnético del imán permanente.

Impedancia

La impedancia de un altavoz depende del tipo y de su forma constructiva. Los factores determinantes de la impedancia de entrada son:

La resistencia óhmica del hilo de la bobina móvil, dependiente de la longitud, sección y material del hilo.

La reactancia inductiva de la bobina móvil, dependiente de la frecuencia aplicada y del coeficiente de autoinducción de la misma.

Las corrientes inducidas en la bobina móvil, a causa de sus desplazamientos dentro del campo magnético de excitación del imán permanente.

Este último factor es el más difícil de mantener constante ya que como la bobina mueve al diafragma y el aire que la rodea, los movimientos estarán condicionados por la forma de la construcción del altavoz.

El diseño de un altavoz se debe hacer que afecte lo menos posible a la impedancia, ya que esto puede traer como consecuencia problemas con el transistor amplificador de salida.

Para una frecuencia de 1 kHz, la impedancia en los altavoces dinámicos oscila entre 2 y 800 ohmios, dependiendo del diseño, siendo los valores usuales de 4 y 8 ohmios.

Frecuencia de resonancia

La frecuencia de resonancia de un altavoz es la frecuencia material de vibración del cono y de la bobina móvil.

La frecuencia de resonancia depende de las características constructivas del altavoz. El valor de frecuencia para la cual la impedancia es máxima es lo que se denomina frecuencia de resonancia. (Fig. 8)

Uno de los factores que más influye en la frecuencia de resonancia es el diámetro del diafragma. La frecuencia de resonancia es inversamente proporcional al diámetro del diafragma. Mientras más pequeño sea este, mayor es la frecuencia de resonancia. También, si un diafragma es muy rígido tiene una fr más elevada que un diafragma suave.

Respuesta de frecuencia

La curva de respuesta de frecuencia de un altavoz nos permite conocer la intensidad sonora proporcionada por el dispositivo para las frecuencias que debe reproducir.

Esta curva se obtiene dando para cada frecuencia una potencia igual al altavoz, luego se mide la potencia sonora que da este y se transforma de nuevo en energía eléctrica. Esta se transforma nuevamente en mecánica para impulsar un trazador de curvas.

En el inicio de la curva, en las frecuencias bajas se encuentra un máximo. Este es el máximo de la frecuencia de resonancia del diafragma. Luego la curva oscila en grados mayores y/o menores hasta llegar a la frecuencia de corte.

Estas oscilaciones carecen de importancia siempre que entre un pico y un descenso no haya una diferencia mayor de 10 dB. En los altavoces de alta fidelidad se puede exigir que no sea mayor de 5 dB.

Potencia admisible

La potencia admisible de un altavoz es el valor máximo de potencia que puede aplicarse al dispositivo, durante un corto período de tiempo, sin que este se dañe.

Esta potencia no es igual a la potencia de régimen (potencia máxima que puede aplicarse al altavoz de forma continua).

La potencia de un altavoz depende de sus dimensiones y forma constructiva.

Directividad

Esta es la propiedad o característica que indica las direcciones a donde es enviada la energía acústica que produce el altavoz, ya que este no las envía en una sola dirección sino en todas las direcciones.

Para conocer la direccionalidad o sentido a donde es enviada la energía acústica, se recurre a los diagramas de directividad. Estos diagramas o curvas se hacen para diferentes frecuencias, ya que a medida que la frecuencia aumenta para un mismo diafragma, el altavoz se hace más directivo.

Resistencia de la bobina móvil.

Esta es la resistencia, en DC, del hilo que constituye el devanado de la bobina móvil. Esta resistencia determina la potencia disipada en calor. Normalmente esta resistencia oscila entre 2 y 8 ohmios, aunque pueden encontrarse con resistencia de bobina móvil más elevada.

Campo magnético del imán permanente

El campo magnético del imán permanente depende del material del que está hecho (generalmente Ferroxdure), su diámetro y la densidad de flujo proporcionado por el imán.

La densidad de flujo, es decir el flujo por unidad de superficie, es proporcionada por el fabricante, y se mide en Teslas. La densidad de flujo magnético oscila, para la mayoría de los altavoces, alrededor de 1 Tesla.

Altavoces especiales para tonos graves (Fig. 9)

Este tipo de altavoces se caracteriza por tener una frecuencia de resonancia muy baja, de forma que puedan reproducir las notas más graves de audio.

Como se mencionó anteriormente, la frecuencia de resonancia disminuye al aumentar el diámetro, por tanto los altavoces para tonos graves serán los que posean mayores dimensiones.

Cuando a un altavoz de tonos graves se le aplica una señal de frecuencia muy baja, todo el cono se mueve, dando un rendimiento excelente para dichas notas. Para casos con frecuencia alta, sólo se mueve una parte periférica a la bobina móvil, y esto hace que el diafragma no se mueva o lo haga muy poco.

La curva de respuesta de un altavoz de tonos graves debe tener el máximo por los 20 Hz. La frecuencia de corte puede llegar hasta los 4000 Hz.

El diámetro mínimo de los altavoces para graves debe ser 12 pulgadas (30 cm.), aunque hay unidades con dimensiones menores que dan excelentes resultados.

Para este tipo de altavoces, el diafragma debe ser rígido pero de suspensión suave.

Altavoces para Frecuencias medias (Fig. 10)

Esta clase de altavoces poseen una respuesta de frecuencia comprendida entre una frecuencia de resonancia no superior a los 200 Hz y una frecuencia de corte comprendida entre los 6 y 8 kHz.

Generalmente vienen con diámetros de 5 y 10 pulgadas en altavoces de alta fidelidad.

Altavoces para tonos agudos (Fig. 11)

Así como para el altavoz de tono grave el cono es de una dimensión mayor, el cono del altavoz para tonos agudos debe ser menor para que la reproducción sea mejor.

La frecuencia de resonancia de esta clase de dispositivos está situada entre los 1000 Hz y los 4000 Hz, con una frecuencia de corte situada en ocasiones por encima de los 20 kHz.

Estos altavoces consisten en una unidad de excitación y a trompeta. La unida de excitación está constituida por el circuito magnético o imán permanente, la bobina móvil (de dimensiones relativamente grandes), el diafragma (de dimensiones reducidas). La trompeta está constituida por la cámara sonora y la boca.

Altavoces Elípticos

El altavoz elíptico es el resultado de la combinación de dos altavoces de diámetros diferentes.

Así, un altavoz elíptico como el representado en la gráfica equivale a dos altavoces, uno de diámetro “D” para graves y otro de diámetro “d” para agudos. (Fig. 12)

La sección del diafragma es exponencial, con el fin de favorecer la respuesta de altas frecuencias de audio.

Este tipo de altavoces no soluciona el problema de reproducir todo tipo de frecuencias por un solo altavoz, pero es muy usado. Es usado en aparatos donde el espacio es reducido y no se exige una reproducción de alta calidad, por ejemplo en televisores, algunos aparatos de radio, etc.

Para que este altavoz pueda distribuir de una mejor forma la energía acústica se debe colocar de forma que el diámetro mayor esté en posición vertical.

Altavoces Coaxiales

Este tipo de altavoces consiste en la reunión de dos o tres altavoces en una sola unidad, montados sobre un mismo eje. El más pequeño reproduce los tonos agudos y el grande reproduce los graves. Así se consigue una reproducción de una mayor gama de frecuencias en un espacio reducido.

Existen dos formas de ver este tipo de altavoces:

Con bobinas móvil independientes (Fig. 13a).

Con bobina móvil común (Fig. 13b).

Los altavoces coaxiales reproducen de manera completa toda la gama de audiofrecuencias, mejor que con altavoces elípticos y en un espacio mucho más reducido que con el uso de diferentes altavoces.

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