Altavoces

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Principios básicos de funcionamiento de los altavoces:
- Características: potencia, sensibilidad, rendimiento, impedancia
- Tipos de altavoces: dinámicos, electrostáticos, piezoeléctricos, etc.
- Filtros de crossover
- Bocinas
- Cajas acústicas
- Auriculares

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Altavoces

  1. 1. Altavoces Enrique Alexandre (@e_alexandre)
  2. 2. Pongámonos de acuerdo... • Altavoz (“driver”): Transductor que transforma energía eléctrica en energía acústica o sonido. • Altavoz ó Pantalla (“loudspeaker”): Sistema con uno o más transductores en una caja, con o sin crossover
  3. 3. Un poco de historia... • 1877: Erns Siemens patenta el primer transductor dinámico de bobina móvil • 1925: Rice y Kellog establecen los principios básicos del altavoz de bobina móvil. • 1926: Rice y Kellog empiezan a comercializar el altavoz “Radiola”
  4. 4. Características de los altavoces
  5. 5. Características de los altavoces • Potencia eléctrica • Sensibilidad • Rendimiento • Respuesta en frecuencia • Directividad • Impedancia
  6. 6. Potencia eléctrica • Se refiere a la cantidad de potencia eléctrica que puede manejar el altavoz sin deteriorarse • Cada fabricante la mide como le interesa: • Potencia nominal: La más restrictiva. Cuánta potencia eficaz puede soportar el altavoz en régimen permanente • Potencia de programa: Potencia medida con una señal parecida a la música. No hay una forma normalizada de medirla. • Potencia de pico: Cuánta potencia puede soportar el altavoz en un intervalo muy corto de tiempo.
  7. 7. Potencia eléctrica (II) • Si el amplificador tiene menos potencia que el altavoz: • No podré desarrollar las prestaciones del altavoz • Si el amplificador tiene más potencia que el altavoz: • Se puede destruir el altavoz: • Por sobrecalentamiento (si se excede la potencia nominal) • Por sobreexcursión (si se excede la potencia de pico)
  8. 8. Sensibilidad • Representa lo mismo que para los micrófonos: la capacidad del altavoz para convertir energía eléctrica en acústica • Se suele especificar como dB a 1m para 1W (normalmente a 1000Hz) • Aumentar 3dB la sensibilidad equivale a multiplicar por dos la potencia del amplificador!!
  9. 9. Rendimiento • Relaciona la potencia acústica radiada con la eléctrica de entrada • Suele ser muy bajo: • La mayor parte de la energía eléctrica se disipa en forma de calor • Rendimientos típicos en torno a 1-5% • 1% rendimiento -> 100W de potencia eléctrica nos dan 1W de potencia acústica.
  10. 10. Respuesta en frecuencia • Es exactamente lo mismo que para los micrófonos • Se distinguen varios tipos: • Subwofer: Entre 20 y 100 Hz (de 6 a 18’’) • Woofer: entre 100 y 500 Hz (6 a 18’’) • Midrange: entre 500 y 3000 Hz (de 4 a 6’’) • Tweeter: por encima de 3 kHz (1 a 5’’) • Para cubrir todas las frecuencias, en una misma caja se suelen montar varios altavoces (vías)
  11. 11. Altavoz de tres vías os entre 2,5 y 10 cm (1 a 5”). Son muy r´ıgidos y poseen una emiesf´erica para aumentar la difusi´on. Al igual que los altavoces rados por la parte trasera. Figura 6.3. Respuesta en frecuencia de un sistema de tres v´ıas con filtro de cruce.
  12. 12. Directividad • Una vez más, es el mismo concepto que para los micrófonos.
  13. 13. Impedancia nominal • De alguna manera tiene que ver con la cantidad de potencia que va a ser capaz el amplificador del altavoz. • Si tenemos un amplificador con una potencia de 100W para 8Ω: • Si el altavoz que conectamos tiene una impedancia de 8Ω, podrá extraer 100W del amplificador • Si el altavoz tiene una impedancia de 16Ω, sólo podrá extraer 50W. Los otros 50W se pierden. • Si el altavoz tiene una impedancia de 4Ω, el limitador de corriente del amplificador evitará que podamos obtener 200W, para evitar daños.
  14. 14. Specifications: System: Frequency Range (-10 dB): 80 Hz - 20 kHz Frequency Response (+/- 3 dB): 100 Hz - 18 kHz Power Capacity1 : 150 W Sensitivity2 : 87 dB SPL, 1 W 1 m (3.3 ft) Maximum SPL3 : 108 dB continuous, 114 dB peak Directivity Factor (Q)2 : 6.0 Directivity Index (DI): 7.8 dB Nominal Impedance: 4 ohms Crossover Frequency: 4.2 kHz Overload Protection: Full-range SonicGuard™ power limiting to protect network and transducers Transducers: LF Driver: 135 mm (5.25 in) low frequency loudspeaker HF Driver: 19 mm (.75 in) polycarbonate dome tweeter Input Connectors: Spring-loaded terminals Enclosure: Enclosure Material: Polypropylene Structural Foam Finish: Black (C1Pro) or White (C1Pro-WH) Dimensions: 235 mm x 159 mm x 143 mm (9.3 in x 6.3 in x 5.6 in) Net Weight (each): 1.8 kg (4 lb) Shipping Weight (pair): 4.6 kg (10 lb) Included Accessories: Mounting Bracket Assembly Optional Accessories: MTC-1A ultra-duty mount bracket MTC-8 heavy-duty mounting bracket 1 IEC Standard, full bandwidth pink noise with 6 dB crest factor; 2 hour duration. 2 Average 1 kHz to 10 kHz 3 Calculated based on power rating and sensitivity, exclusive of power compression. tion in the ud e latest r is tical rade , the ssover for and ard™ sign er er nd es ers eo r nt. for
  15. 15. Tipos de altavoces Según su rango Según su funcionamiento
  16. 16. Según su principio de funcionamiento • Dinámicos • Electrostáticos • De cinta • Piezoeléctricos
  17. 17. Altavoces dinámicos Imán Suspensión Diafragma Tapa polvo Araña Bobina Entrehierro Chasis
  18. 18. Altavoces electrostáticos nd. ncia, se trata de un condensador plano de grandes dimensiones con una que se aplica una diferencia del potencial proporcional a la se˜nal que se ducir. n dos tipos de altavoz electrost´atico: los de una sola placa (single-ended) y s (push-pull). El primer tipo, que es el m´as sencillo, consiste en una placa n diafragma m´ovil, ambos separados por unos espaciadores aislantes, como n la Figura 6.27a. El segundo tipo, que es el m´as habitual, consiste en dos s, en el centro de las cuales se encuentra el diafragma m´ovil (Figura 6.27b). Figura 6.27. Secci´on de un altavoz electrost´atico t´ıpico, a) Sen- cillo, b) Sim´etrico.
  19. 19. • No lleva caja acústica -> Se evitan coloraciones debidas a resonancias • Masa del diafragma mínima: -> La respuesta en transitorios es muy buena • Distorsión muy baja • Respuesta en frecuencia muy plana • Poca radiación en bajas frecuencias • Rendimiento muy bajo. Si se sitúa cerca de la pared se reduce todavía más. • Muy alta directividad incluso a frecuencias no muy altas • Son necesarios amplificadores especiales • Muy, muy caros Altavoces electrostáticos: ventajas e inconvenientes
  20. 20. Altavoces de cinta • Similares a los micrófonos de cinta: El sonido se produce por la vibración de un diafragma muy ligero dentro de un campo magnético • Se usan casi exclusivamente para medias y altas frecuencias
  21. 21. Altavoces piezoeléctricos • Efecto piezoelétrico: ciertos cristales se deforman al aplicarles una tensión. ChasisCristal piezoeléctrico Diafragma Guardapolvo - + - +
  22. 22. Altavoces piezoeléctricos • Se utilizan sobre todo en relojes, móviles y como tweeters en equipos baratos • Son muy resistentes a la sobrecarga • Se pueden utilizar sin crossover • Suelen producir más distorsión • Su respuesta en frecuencia suele estar más limitada
  23. 23. Altavoces planos
  24. 24. Altavoces de plasma
  25. 25. Crossovers
  26. 26. Crossovers • Para reproducir de forma apropiada un margen amplio de frecuencias se suelen combinar varios altavoces y cajas. • Los altavoces de bajas y de altas frecuencias no se pueden conectar tal cual: • Las bajas frecuencias pueden dañar al tweeter • Las salidas de cada uno podrían no sumarse de forma coherente • Para esto se utilizan los filtros de crossover
  27. 27. Crossovers Graves Agudos Frecuencia de cruce Graves Agudos Frecuencia de cruce Medios Dos vías Tres vías
  28. 28. Crossovers pasivos • Están compuestos por componentes pasivos: bobinas, condensadores y resistencias. • Requisitos: • Deben ser capaces de aguantar voltajes altos. • Ejemplo: Un amplificador de 250W sobre un altavoz de 8 ohmios puede producir un nivel pico a pico de 127 voltios. • Deben presentar unas pérdidas de inserción bajas. • Ejemplo: Un crossover con unas pérdidas de inserción de 1dB, si se conecta a un amplificador de 100W, reduce la potencia efectiva del amplificador a 79W.
  29. 29. Crossover pasivo Amplificador Agudos Graves Medios42mH 6.63µF 8Ω 8Ω Crossover 3kHz
  30. 30. Crossovers activos • Al contrario que los pasivos, van colocados antes del amplificador de potencia Se necesita un amplificador de potencia por canal. • Para un sistema doméstico resultan demasiado caros. • Se utilizan principalmente en sistemas profesionales, donde pueden llegar a ser más económicos que los pasivos
  31. 31. Crossover activo Amplificador graves Agudos Graves Medios Amplificador agudos Crossover
  32. 32. Bocinas
  33. 33. Bocinas • Se usan para compensar la baja eficiencia de los altavoces: • Altavoz normal: 1% a 5% • Con bocina: 10% al 50% • Además, permiten controlar la directividad • Problemas: • Peor respuesta en frecuencia • Problemas a bajas frecuencias
  34. 34. Cajas acústicas
  35. 35. ¿Por qué necesito utilizar una caja? • El diafragma no sólo radia hacia la parte frontal, sino también hacia atrás. • Cortocircuito acústico: • A bajas frecuencias las ondas frontal y trasera se pueden sumar, llegando a cancelarse • Se reduce mucho la respuesta del altavoz en graves
  36. 36. Caja cerrada • Es la solución más simple • Problemas: • Frecuencias de resonancia debidas a la caja • Evitar dimensiones iguales o múltiplos • Aumento de la rigidez del altavoz, debido a la compliancia del aire -> pérdida de graves • Caja más grande o introducir material absorbente
  37. 37. Caja abierta • Se hace un agujero a la caja para que el aire se pueda mover del interior al exterior. • Si se diseña bien, se pueden llegar a compensar las frecuencias que el altavoz no es capaz de emitir. • Mayor capacidad de potencia que las cajas cerradas • Niveles de distorsión controlables • Más difíciles de diseñar
  38. 38. Cajas de radiador pasivo • Son cajas abiertas en las que el agujero se sustituye por un altavoz sin bobina ni imán (radiador pasivo). • Tienen menos problemas de resonancias que las abiertas • Se pueden hacer más pequeñas • Son más sencillas de diseñar • Tienen peor respuesta a transitorios • Tienen peor respuesta en graves
  39. 39. Sistemas paso banda • Es una caja cerrada o abierta a la que se acopla una segunda caja • La segunda caja actúa como “resonador”
  40. 40. Auriculares
  41. 41. Según el tipo de transductor • Dinámicos • Electrostáticos • Ortodinámicos • Armadura balanceada
  42. 42. Auriculares electrostáticos
  43. 43. • Circumaurales • Supra-aurales • De botón • Intraaurales Según su forma
  44. 44. Según la caja acústica • Abiertos • Cerrados

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