Para disear cajas acsticas o bafles, primero debemos de asignar el tamao que debe tener la lumbrera, la cual ser de acuerdo a las dimensiones del woofer. El rea de la lumbrera deber ser 3/4 y mximo el rea efectiva del diafragma del woofer. El rea efectiva debe de calcularse segn el dametro efectivo de este.

Cajas acsticas ( bafles )

Dimensiones de cajas acsticas reflex:

Cuadro para los diferentes tamaosde las lumbreras

Tamao del parlante en pulgadas 8 pulgadas 12 pulgadas 15 pulgadas

Tamao de la lumbrera en pulgadas2 28 a 38 ( 180 a 242 cm ) 88 a 80 ( 375 a 510 cm ) 95 a 100 ( 610 a 830 cm )

La forma del bafle o caja acstica es relativa. Generalmente se construye en forma de prisma, cuya relacin de lados es: 4-3-2, esto significa, por ejemplo: si el el alto es de 100 cm, el fondo ser de 50 cm y el ancho de 75 cm, ver la siguiente figura:

Volmenes para las cajas acsticas 8 pulgadas 0.098 m3 12 pulgadas 0.23 m3 15 pulgadas 0.42 m3El volmen de bafle se puede reducir usando una lubrera con conducto, tal como se indica en la parte superior en la figura ( c ) de la figura anterior. Es importante forrar el interior del bafle con un material absorbente con un espesor de 1.5 a 2.5 cm. El tamao de bafle, por ejemplo, para un woofer de 12" ser de 37" de alto x 15" de ancho x 14" de fondo, este tamao es, si se usa conduto en la lumbrera. Tambin puedes usar una lumbrera con conducto como la figura abajo a la izquierda: BAFLE INFINITO: La desventaja de este bafle es que reduce considerablemente la potencia del woofer, esto se debe a que est completamente cerrado, por lo mismo no es muy usado. A continuacin se mostrar una figura y una tabla donde se indican las dimensiones de las cajas acsticas o bafles tipo reflex:

Dimensin Parlante de 8" Parlante de 10" Parlante de 12" 37.5 cm-15.0" 52.5 cm-21.0" 60.0 cm-24.0" L 37.5 cm-15.0" 52.5 cm-21.0" 60.0 cm-24.0" H 26.5 cm-10.6" 31.5 cm-12.6" 36.5 cm-14.6" P 18.5 cm-7.4" 21.5 cm-8.6" 25.5 cm-10.2" D 25.0 cm-10.0" 3.0 cm-12.0" 30.0 cm-12.0" X 6.5 cm-2.6" 11.5 cm-4.6" 12.5 cm-5.0" Y 19.0 cm-7.6" 13.5 cm-5.4" 145.5 cm-5.8" A 14.0 cm-5.6" 21.5 cm-8.6" 23.0 cm-9.2" B 12.5 cm-5.0" 21.0 cm-8.4" 22.5 cm-9.0" C

Si deseas experimentar con cajas acsticas ( bafles ) tipo infinito, a continuacin te incluyo la tabla

Dimensiones de cajas acsticas tipo infinito: Parlante de Parlante de Parlante de Dimensin 8" 10" 12" 25.0 cm-10.0" 36.0 cm-14.4" 36.0 cm-14.4" A 22.0 cm-8.8" 21.0 cm-8.4" 21.0 cm-8.4" B 17.0 cm-6.8" 22.0 cm-8.8" 27.0 cm-10.8" CPara concluir con este tema te voy a incluir un diseo propio de cajas acsticas ( bafles ) con excelentes resultados, est consituido por 3 bocinas ( parlantes ), bajo, medio y agudos: OBSERVACIONES: Todas las medidas que se dan son internas. DIMENSIONES DEL BAFLE PARA BOCINAS DE 12 PULGADAS:

El siguiente bafle lo disee para un usuario de electronica2000, fsicamente no lo prob, lo dejo para que lo tengan en cuenta. DIMENSIONES DEL BAFLE PARA BOCINAS DE 15 PULGADAS:

Para una mejor resonancia de los bajos forrar el interior con fibra de vidrio o con alguna tela gruesa de no menos de .5 cms de espesor. Los crossover debern tener un 15% 20% ms que la potencia del amplifador de audio.

MEDICIN DE LOS PARMETROS THIELESMALL Introduccin Instrumental o Circuito sensor de V e I o Resistencia Medicin de QES, QMS y QTS por los siguientes medios. o Mtodo tradicional o Mtodo V- y analizador de frecuencias para archivos wav. o Mtodo resistencia y analizador de frecuencias para archivos wav Medicin de VAS o Mtodo del volumen. o Mtodo de la masa

INTRODUCCINEn muchas ocasiones resulta muy til medir los parmetros thielle-Small de nuestros altavoces. Puede ocurrir que deseemos cambiar la caja de una altavoz por otra de mayor calidad, o que queramos reciclar un driver viejo para hacer una pantalla, o simplemente queramos afinar mucho

la construccin de nuestra caja. Existe software que realiza de manera ms sencilla la medicin, aunque la ventaja de ste mtodo es que no nos hace depender de ninguna licencia o programa concreto para poder realizarla. Son mtodos que se han empleado durante largo tiempo y tampoco estn desterrados pese a la ayuda que supone el software.

INSTRUMENTALEl instrumental de medida peude ser tan simple como un polmetro, un amplificador y un generador de frecuencias (el ordenador vale perfectamente)

CIRCUITO SENSOR DE V-IEn este caso era conveniente sacar grficas, por lo que se ha usado un aparato HUM que cuenta con un conversor I-V y un buffer de voltaje, que se puede conectar a la tarjeta de sonido de un ordenador y as se puede utilizar el propio ordenador como analizador FFT, y lo ms importante, para realizar operaciones aritmticas con los resultados. El circuito de sensado de corriente se muestra a continuacin:

En ncleo es un TL072, elegido no por nada en especial.. Tiene ancho de banda de sobra, distorsin muy baja, es barato y tiene un nivel de ruido suficientemente bajo (hay que recordar que en el ruido que habr a la entrada del circuito ser dominante el ruido del equipo). Se usa una resistencia para sensar corriente, y para convertirla en tensin, que es con lo que vamos a trabajar. Para ello, la resistencia de sensado debe ser lo menos intrusiva posible, ya que su interacin con el circuito es muy perniciosa en las medidas. Elegimos un valor de 0.05 Ohm, 160 veces menor que un driver de 8 Ohm, y la formamos con cuatro resistencias bobinadas de 0.2 Ohm, de 1W. (tambin la potencia es importante). La razn de esta eleccin es que las resistencias bobinadas tienen una deriva trmica muy baja, y con 4W nos aseguramos que su valor no variar significativamente a lo largo de la medicin. Aparte, aunque con menos importancia, su nivel de ruido de baja frecuencia es muy bajo. Por supuesto, existen resistencias de sensado de 0,01 Ohm pero son de dificil acceso, hay que pedirlas por catlogo y son caras. 0,01 Ohm ya es una cifra en la que puede moverse la resistencia del cable y la impedancia de salida del amplificador. Iin, la entrada del circuito debe estar conectada al terminal - del altavoz a medir, y el altavoz no debe estar conectado al menos, slo a ese punto . es necesario recordar que queremos medir

corriente, y que si conectamos el altavoz a tierra, la corriente se ir por ah en vez de pasar por el sensor. Uno de los canales del TL072 amplifica el voltaje en las patas de esta resistencia, Como otro integrante del circuito de medicin esta el sensor de voltaje. No es estrictamente necesario, ya que el amplificador es una fuente de voltaje, y dar un voltaje fijo, por lo que podremos deducir la impedancia con slo ver la corriente.

El otro canal del TL072 es un buffer de voltaje. Est atenuado para poder hacer que las dos seales (V e I) tengan ms o menos el mismo voltaje, lo que est calculado para que lo den a unos 8 Ohm aproximadamente. Los diodos protegen al operacional de picos de voltaje. aspecto del medidor Para medir altavoces de 8 Ohm R1 debe ser de 39Kohm, mientras que para medir altavoces de 4 ohm, aunque no es necesario en absoluto, puede ser interesante cambiarla por una de 18k 22kOhm. Para poder acceder a la informacin que proporciona ste mtodo, es conveniente que en una canal de entrada a la tarjeta de sonido valla la medicin de corriente y en la otra la medicin de voltaje. ESQUEMA COMPLETO (PDF) LISTA DE COMPONENTES DEL SENSOR I-V (XLS) PCB DEL SENSOR I-V (PDF)

RESISTENCIA

Se pueden obtener medidas semejantes a las anteriores con un circuito mucho ms sencillo pero mucho menos preciso, y que nos obligar a hacer otros clculos. Consta de tres resistencias. Dos de ellas forman un divisor de voltaje, que a su vez proteger las entradas de la tarjeta de sonido. La otra es una resistencia de potencia en serie con el altavoz que sensar (y a la vez poluciona la medicin) de corriente, por eso habr que corregir los clculos.

Medicin de QES, QMS y QTSExaminando la frmula para la obtencin de los parmetros T-S vemos que requerimos varios datos.

Deseamos conocer QES, QMS y QTS. Y para ello debemos conocer RMAX, RE, R0, F1 y F2. Como primer paso, mediremos RE. RE es la resistencia para corriente continua, y se mide con un polmetro, con la funcin de medir Ohmios. Lo siguiente que hay que determinar es Fs, ya que RMAX es igual a Z a la frecuencia de resonancia Fs. Dicho de otra manera: Fs es el la frecuencia a la que el altavoz presenta una mayor impedancia. Sabiendo esto, podemos buscar esa frecuencia midiendo su impedancia a distintas frecuencias. Hay que hacer las cosas con orden, es convenietne delimitar el margen de bsqueda... un tweeter no va a tener su Fs a 100Hz, ni un subwoofer de 18" la va a tener Fs a 500Hz. Podemos establecer los siguientes rangos orientativos.

dimetro (") 4" 5" 6.5" 8" 10" 12" 15" 18"

media 85Hz 50Hz 35Hz 30Hz 25Hz 25Hz 22Hz 20Hz

Fs mnima 50Hz 35Hz 25Hz 20Hz 18Hz 18Hz 15Hz 12Hz

Fs mxima 150Hz 80hz 60Hz 50Hz 45Hz 40Hz 35Hz 30Hz

Los datos mostrados son meramente estadsticos. La mnima no es una mnima absoluta sino una medida de la desviacin tpica, al igual que la mxima. Como muestra se han tomado los drivers de los fabricantes de ms prestigio. Para modelos de menor calidad o para aplicaciones profesionales, las frecuencias especificadas pueden ser mayores de lo previsto. Ahora ya tenemos delimitado el rango donde buscar Fs, pero an as, medir la impedancia a cada frecuencia puede ser pesado. Un apunte sobre la medicin de la impedancia a una frecuencia. La funci de medir Ohmios en un polmetro es slo para DC y no sirve para varias frecuencias. Para medir Z a una frecuencia concreta con un polmetro se debe inyectar una seal senoidal pura de la frecuencia deseada, y se debe medir V~ e I~. Luego se aplica la ley de Ohm, R=V/I

Mtodo tradicional

El mtodo tradicional consiste en sacar valores de Z a intervalos regulares (logartmicos). Para ello se requiere un generador de frecuencias puras (el Win ISD mismo puede servir), una tarjeta de sonido y un amplificador. Se apuntan las frecuecnias y la medida de Z a cada frecuenicia. Es conveniente hacer una grfica para trabajar de manera ms cmoda, con la Z en el eje Y y fen el eje X. Como un amplificador es una fuente de voltaje, y la tarjeta de sonido tambin, se puede medir nicamente la corriente, as el polmetro puede estar siempre en la misma posicin y no hay que desconectar nada, slo dar nuevos valores de f al generador. Una vez que se tienen un nmero razonable de valores (al menos 20), y en la grfica se aprecia una campana, se puede pasar a determinar los parmetros T-S.

Fs es la frecuencia donde Z es ms alta. RMAX es la resistencia a Fs. R0 es la media geomtrica entre RE y RMAX.

Para hallar F1 y F2, trazamos una lnea correspondiente a Y=R0 (debe ser horizontal y plana. En los puntos donde esa recta corta con la grfica de Z del altavoz, tenemos F1 y F2. Para comprobar que todo es correcto, Fs debe ser la media geomtrica entre F1 y F2. A partir de ah, el resto es hacer clculos con las frmulas. Si se tiene acceso a un analizador de frecuencias en archivos .wav, se puede hacer lo siguiente.

Usando una fuente de ruido blanco y el circuito sensor de V e I.

Con el circuito mostrado anteriormente, las salidas deben ir a la tarjeta de sonido. En uno de los canales se graba el sensado de corriente, y el otro el de voltaje. Grabamos una muestra de ruido blanco, con 10 segundos es suficiente, y se visualiza el anlisis en frecuencias de la corriente.

La frecuencia donde el valor de la corriente sea ms baja, ah estar la frecuencia de resonancia (es donde mayor es la impedancia, y con voltaje constante, ser donde menos corriente fluya). Ahora ya sabemos cual es Fs, un gran paso, y ms rpido que buscarla a base de polmetro con ondas senoidales. Ahora se debe hallar Z a Fs, que la llamamos RMAX.

Si se dispone de software que permita mostar la divisin entre un canal y el otro, como por ejemplo el spectralab, tendremos una grfica como la que se muestra a continuacin. Con este programa se puede hacer algo que resulta muy til: tomar muestras de varias resistencias y as superponiendo overlays se deducen rpidamente los valores de Z a las

frecuencias. Supone que se deben medir varias resistencias para poder establecer los valores concretos, o al menos aproximarlos, pero una vez que se han medido unos cuantos el mtodo es muy rpido. Si no se dispone de esta utilidad, ser necesario generar una seal senoidal de frecuencia igual a Fs, y medir la impedancia con el polmetro.(R=V/I) Ahora es necesario buscar F1 y F2 , que las obtenemos tras haber obtenido RMAX. R0 es la media geomtrica entre la resistencia mxima y la resistencia DC(RE) Una vez que conocemos R0, slo tenemos que grabar una muestra de ruido blanco con una resistencia del mismo valor. S, sale una lnea recta (ya que la Z de la resistencia es perfectamente constante a frecuencias de audio).

Superponemos como overlay esta recta sobre la grfica o el overlay de la medida de impedancia. Y tenemos que esa lnea de resistencia corta en dos puntos a la grfica que habamos sacado antes, de la Z del altavoz. Pues F1 y F2 son los puntos donde se cortan las dos lneas.

Ya tenemos los datos, ahora el resto es aplicar las formulitas. Como los clculos pueden ser pesados a base de calculadora, se adjunta una hoja de clculo en excel que permite hacer los clculos de manera automtica.

Hoja excel

Usando una fuente de ruido blanco y una resistencia.

Con una resistencia normal y corriente de 5W, bobinada o de carbn, y dos resistencias de 0.25W, se puede hacer una variante del mtodo anterior que nos permite no tener que construir o adquirir el circuito, a pesar de que requiere correcciones posteriores, ya que la resistencia de sensado modifica los parmetros T-S. Con el circuito mostrado a la derecha, las salidas deben ir a la tareta de sonido. En uno de los canales se graba la salida de la resistencia de sensado, y el otro dirctamente el voltaje. Grabamos una muestra de ruido blanco y se visualiza el anlisis en frecuencias de la resistencia de sensado.

La frecuencia donde sea menor la medida de corriente es, como en el caso anterior, la frecuencia de resonancia. Recordamos que es donde mayor es la impedancia, y con voltaje constante, el divisor de voltaje creado entre el altavoz y la resistencia hace que el altavoz consuma casi todo el voltaje. El resto es todo igual, salvo que QES depende dirctamente de RE, y ahora hemos modificado RE, sumndole R3, por lo que habr que hacer los clculos de otra manera. Si tratamos de medir RMAX no obtendremos la medida correcta.

An faltan cosas...

Medicin de VASPara medir VAS hay que modificar las condiciones resonancia del cono bajo factores conocidos. Los dos principales factores que definen la resonancia son la elasticidad de la suspensin y la masa mvil. Podemos modificar la elasticidad de la suspensin metiendo el altavoz en una caja sellada pequea, y el aire contenido en el interior har de muelle, lo que variar la elasticidad de la suspensin. O tambin podemos aadir lastre al cono, variando su masa. Por estos dos mtodos se puede averiguar Vas al aire libre. El ms sencillo en cuanto a clculos es el del volumen, pero requiere la construccin de una caja que difcilmente ser la ptima, por lo que slo servir para hacer la medicin. El mtodo de la masa es ms complicado en cuestin de clculos pero no requiere ms que una pequea masa conocida

Mtodo del volumenComo hemos explicado, el mtodo consiste en variar la elasticidad de la suspensin con otra conocida. Esta nueva elasticidad aadida es el aire contenido en una caja de volumen conocido. Cuando se aade esta elasticidad, Fs aumenta, y sabindo cmo se comporta bajo una elasticidad podremos predecir cmo se comportar ante otra elasticidad (caja). En la grfica se v lo que ocurre con la impedancia. Fs aumenta de 40Hz a 90 Hz y la campana es menos picuda y pronunciada. Para hallar VAS, una vez conocida la nueva frecuencia de resonancia FS2, se debe aplicar la frmula de la derecha.

Mtodo de la masa.

En este mtoco ocurre lo contrario, al aadir masa la frecuencia de resonancia disminuye, como se puede ver en la grfica.

Para empezar la deduccin, VAS es una funcin de la elasticidad acstica de la suspensin (CAS), de la densidad del aire (ro) y de la velocidad del sonido.(c)

CAS se define por la siguiente frmula

Y MAS est cerca del parmetro que hemos modificado, MMS.

En caso de no saber la masa mvil del altavoz (lgico, por eso estamos midiendo sus parmetros), se puede decucir de la variacin de la frecuencia de resonancia, mediante la siguiente drmula

FILTROS PASIVOS Introduccin o El problema de los altavoces o El problema de los filtros o El problema de los filtros para subwoofers Tipos de filtros pasivos Parmetro Q de un filtro Suma de las respuestas Group delay(retardo de grupo) Diseo y clculo Filtro de 1er orden Filtro de 2 orden Filtro de 3 orden Filtro de 4 orden Filtro notch Red de atenuacin L-Pad Redes Zobel Sobre la fase: Desengao con los filtros de 1er orden. Construccin de filtros pasivos

INTRODUCCINHemos odo mil veces eso de los filtros. Y surgen dudas del estilo de qu son? y con lo caros que son, si no pongo uno pasar algo? y cmo se hacen? y para qu sirven? y es difcil?.

Todas esas pregunas y ms tienen respuesta en este apartado. El objetivo es que cualquiera pueda calcular e implementar un filtro pasivo sin ningn conocimiento previo.

EL GRAN PROBLEMA DE LOS ALTAVOCES.Todo el mundo se habr fijado en que los bafles no tienen un solo altavoz, sino dos, tres, o a veces ms. Salvo extraas excepciones, cuando un bafle tiene un solo altavoz (radiocasettes, altavoces para el ordenador,...) no suelen sonar demasiado bin. El problema es que no todos los altavoces pueden reproducir correctamente todo el rango de frecuencias audibles. Para crear graves hay que desplazar una gran cantidad de aire, y para eso hace falta un altavoz grande. Este altavoz tendr masa, y ser difcil moverlo a altas frecuencias, ya que el tiempo que tarda en adquirir velocidad el cono es grande. Un tweeter puede estar sometido a campos de 1000 G, aunque la reducida masa de la cpula hace que la fuerza que acelera la cpula sea de 20-25 N. Esto sera impensable con las pesadas membranas de los woofer. Lo contrario ocurre con altavoces pequeos. Para mover un gran volumen de aire con un pistn, puedes tener mucha rea y poco desplazamiento o mucho desplazamiento y poca rea. El problema es que existen restriccines a la excursin mxima de la membrama. 1 Para crear sonido sin distorsin, la primera suposicin es que el proceso de creacin del sonido es adiabtico. Si el aire se comprime, este proceso deja de serlo, y esto ocurre cuando la presin es muy elevada. La presin depende de la superficie, y la presin que crea un pistn pequeo no es perfecta, ya que el aire ofrece resistencia al movimiento, y cuanto mayor sea el movimiento, mayor ser la compresin del aire, y mayor la distorsin. 2 La membrana est sujeta por dos puntos, que se encargan de mantenerla centrada. La enlongacin de estos materiales que sujetan la membrana es finita, y adems suelen ser elsticos, por lo que absorben y devuelven energa de la membrana y producen distorsin. Como el fin de la suspensin es mantener el cono en su sitio, no pueden tener una longitud infinita, por lo que un desplazamiento muy amplio, adems de causar distorsin, puede llegar a romper el altavoz. 3 El campo magntico creado por el imn no es perfectamente homogneo. A una cierta distancia, la lineas de flujo magntico empiezan a separarse, y el valor del campo magntico en el eje no se mantiene constante, sino que empieza a disminuir. Esto causa distorsin.

SOLUCIN?La solucin a este problema es tan simple como combinar varios tipos de altavoces especializados en agudos, medios, graves, medios-graves, subgraves...para conseguir que la respuesta en frecuencia sea cubierta correctamente.PERO NO. Si las cosas fuesen tan fciles como esto, nadie estara mirando esta pgina... A veces, un altavoz grande tiene un comportamiento incorrecto a altas frecuencias. Eso hay que quitarlo. Los altavoces de agudos tienen una potencia MUY limitada, y un desplazamiento muy pequeo, de menos de 0.5mm. Si se le hace reproducir graves de 50W durar poco.

Lo ideal en este punto es que a cada altavoz le llegue la banda de frecuencia que puede reproducir sin problemas y sin distorsin. Existen varias maneras de hacer este proceso, llamado filtrado. De momento, nos vamos a ocupar slo de los filtros pasivos. Ms informacin en La enfermedad de los altavoces.

EL PROBLEMA DE LOS FILTROSLos filtros no cortan perfectamente una seal en frecuencias mayores o menores que una frecuencia determinada, llamada frecuencia de corte. Lo que hacen es disminuir la potencia de la seal a medida que su frecuencia se va alejando de la frecuencia de corte. La brusquedad con la que se produce esta atenuacin se puede elegir y depende del nmero de componentes que se usen, como se ve en la grfica de arriba.

Corte de frecuencia segn el orden

Los filtros se clasifican en primer lugar por su funcin (eliminar agudos o graves...) y en segundo lugar por la brusquedad con la que se atenan las frecuencias fuera del rango. En las grficas logartmicas, esto da una linea recta, que empieza a decaer en la fecuencia de corte con otra linea recta, y la pendiente de esta recta es lo que marca el orden del filtro. La pendiente se mide en decibelios por octava. Una octava es el doble de algo. En este caso, el espacio entre 200 y 400Hz es una octava y es exactamente igual que el que hay entre 10 y 20kHz. Los filtros causan errores de fase. Cuantos ms componentes tiene un filtro, ms desplazamiento de fase causar, pero menor ser la interaccin entre los altavoces. En la grfica de la derecha se aprecian los errores causados por los diferentes tipos de filtros. El que menos desplazamiento produce es el de primer orden, que tiene un desfase de 45 en la frecuencia de corte (1kHz) y 90 en la banda eliminada. El que ms es el de 4 orden, que a la frecuencia de corte desplaza 180 y en la banda eliminada 360.

desfase segn orden ver circuito

El problema de los filtros para subwoofersOtro problema bastante importante, no exclusivo pero si acuciante, de los filtros pasivos es que a medida que decrece la frecuencia de corte, aumenta el valor de los componentes. Esto implica que sean ms grandes y caros. En concreto, las bobinas tienen resistencia en serie y puden llegar a valores de 1 Ohm. En un woofer de 4 Ohm, esto es una prdida importante, -1dB. El ejemplo ms simple es porqu los subwoofers comerciales son activos: porque es ms barato y menos voluminoso fabricar un filtro activo con su fuente de alimentacin propia que utilizar bobinas de hasta 36mH! para un filtro de 4 orden. Supongo que nadie (ni yo) habr visto una bobina de 36 mH para altavoces. Una bobina con ncleo de transformador(las ms eficientes y "pequeas" para valores grandes) ocupara alrededor de 1,5 litros y pesara entre 6 y 8 Kg. En un sub, un filtro activo es prcticamente obligado.

TIPOS DE FILTROS PASIVOSLa frecuencia de corte es el punto donde la respuesta en frecuencia se reduce a una fraccin determinada. Este punto suele ser el punto de -3dB, que en potencia es el punto donde la respuesta se reduce a la mitad. Por la forma de percibir del odo humano, la disminucin de la respuesta a la mitad no se percibe como "la mitad de alto" sino como "un poquito ms bajo". Un filtro puede dejar pasar las frecuencias mayores que la fecuencia de corte, o al contrario, dejar pasar slo las frecuencias menores que la frecuencia de corte. O se pueden dejar pasar slo las frecuencias

de una banda (entre dos frecuencias de corte). Filtros paso alto: dejan pasar las frecuencia ms altas que la fecuencia de corte. Filtros paso bajo: Dejan pasar las frecuencias menores que la fecuencia de corte. Filtros paso banda: Dejan pasar las frecuencias entre dos frecuencias de corte. Normalmente son una combinacin en serie de un paso alto y un paso bajo, pero pueden implementarse de otras maneras. Filtro elimina banda: Al contrario que los paso banda, estos eliminan una banda. En altavoces no tiene mucho sentido. Al igual que los paso banda, pueden implementarse con un paso bajo y un paso alto, pero en paralelo.

Otros: muesca (notch), y otras redes: Red Zobel, L-pad, ...

Los filtros pasivos se basan en la impedancia variable y dependiente de la frecuencia que tienen las bobinas y los condensadores.

CondensadoresCuanto mayor sea f, menor ser su impedancia, por lo que un condensador dejar pasar las frecuencias altas y ofecer una gran resistencia a las bajas frecuencias, que se vern atenuadas

BobinasCuanto mayor sea f, mayor ser la impedancia de la bobina, por lo que a travs de una bobina, pasarn sin ningn problema las frecuencias bajas, y las frecuencias altas se vern atenuadas, por atravesar una resistencia mayor.

PARMETRO Q DE UN FILTROA partir de ahora nos encontramos con un nuevo problema: La Q del filtro. Q suele ser sinnimo de un factor de calidad, pero en los filtros no tiene nada que ver con eso. Q define la proporcin entre Z nominal, L y C. En los ejemplos de frmulas y grficas se han utilizado exclusivamente filtros de 2 oden, pero esto es comn a todos los filtros de orden mayor a 1. El filtro de primer orden slo tiene una Q, la de Butterworth. Dependiendo de los valores de Q se obtiene respuesta u otra en la banda cercana a la frecuencia de corte. Algunos de estos valores de Q producen que una caracterstica sea ptima: respuesta plana, alineamiento en fase o brusquedad de la cada. Ahora ya no tiene mucho sentido hablar de 6, 12, 18 o 56dB/oct, porque eso son comportamientos asintticos, muy por debajo de la banda audible, o por lo menos sin enmascarar. Sin embargo, nos referiremos al orden para indicar ese comportamiento. Los tipos de filtro ms importantes en funcin de Q, para altavoces y audio son los siguientes: Butterworth: Produce la respuesta en frecuencia ms plana posible. Tchebychev: Produce la cada ms brusca de todas, a pesar de tener un pico de respuesta cerca de la frecuencia de corte. Este es el motivo por el que no se use demasiado. Bessel: No decae tan rpido como los anteriores, pero produce los menores errores de fase de todos. Linkwitz-Riley: El punto de corte no se produce a -3dB, sino a -6dB. Se construye a partir de dos filtros butterworth de orden menor. Como ventajas tiene que la respuesta es plana y sobre todo:en todo momento la reproduccin de ambos drivers est en fase. Es una idea diferente a los filtros convencionales y es exclusiva del audio.

En lugar de definir Q con un nmero, que cambia para diferentes rdenes, se emplean los nombres de matemticos ilustres que definieron funciones que luego han sido usadas para deducir el comportamiento de los filtros en base al comportamiento de esas funciones (sobreamortiguado,

subamortiguado...). Entre ellos estn Bessel, Tchebychev, Butterworth, Legendre, Cauer,... En el caso del Linkwitz-Riley, Siegfrid Linkwitz es un prestigioso ingeniero que ahora retirado se dedica a la acstica. Las peculiaridades de su configuracin son que la suma elctrica del paso bajo y paso alto es exactamente 1, y ambos filtros reproducen con la misma fase. La respuesta es completamente plana y la readicin sonora muy homognea. En la grfica de la derecha se ve cmo se comportan estos filtros dependiendo de su Q. Por debajo de la parte mostrada en la grfica, el filtro de Tchebychev es el que ms atenuacin produce. El de Bessel, el que menos. Puede parecer en un principio que el de Tchebychev no sirve para nada, tiene un gran pico en la respuesta,... Esto es porque se muestra la respuesta en voltaje. Falta la intensidad, y juntas la intensidad y el voltaje forman la potencia. En potencia, que es como funciona un filtro pasivo, no hay ganancia de ningn tipo. Algo pasivo no puede producir ganancia.

Parmetro Q de un filtro ver circuito

Pero en circuitos activos ms complejos, la propiedad de atenuar ms que los dems hace que un filtro de 6 orden Tchebychev acabe funcionando mejor que uno de Butterworth de 8 orden. De hecho, es la Q que se utiliza en los filtros anti-alising en los conversores analgico-digital. A la izquierda se ve cmo se comporta la fase de cada filtro. La peor es la de Tchebychev, es la que mas cambios bruscos produce, y el de Bessel es el ms suave. Butterworth, como en el caso anterior, es algo intermedio. En el fondo es un compromiso entre fase, respuesta temporal, respuesta en frecuencia y atenuacin en la banda eliminada. No se puede tener todo a la vez, as que hay que decidir cual es el factor ms importante.

SUMA DE LAS RESPUESTASUna vez que la seal pasa por el filtro, llega al altavoz. Pero quedan cosas pendientes. Queda por saber qu pasa cuando el sonido sale del altavoz. Hay que pensar que est desplazado en fase. Vamos a ver qu nuevos problemas surgen ahora en el caso concreto del filtro de 2 orden.

Ahora, a la derecha tenemos las seales que resultan de filtar, paso bajo y paso alto, para conectarlas a los drivers. Se ha sealado la Q de todos los filtros Y la suma de las respuestas tiene este aspecto, desolador. qu es lo que est pasando? Pues que a la frecuencia de corte el desfase es de 180, y eso supone que una se resta a la otra, y esuna cancelacin perfecta. La solucin es invertir la fase de uno de los dos altavoces (cambiar el cable rojo por el negro, as de fcil). Normalmente se invierte la fase del de agudos, ya que en los agudos no es posible percibir la fase absoluta. La suma en voltaje ms plana es la de Linkwitz-Riley, granate. La siguiente es la de Butterworth, azul oscuro.

A la derecha se v la fase de la suma de ambas pastes del filtro en el caso que estn los dos altavoces en fase. Se v que el desfase mximo es de 90. El caso en el que ms bruscamente se desva la fase es el de Tchebichev y el que menos, el de Bessel. Ahora, la respuesta en fase de la suma con el tweeter invertido de fase. Se aleja de cero, pero esto es a costa de no tener una cancelacin. Es el precio que hay que pagar.

Esto es comn a los filtros de orden par. Hay que elegir entre una cancelacin o un desfase, y es completamente lgico elegir el desfase, es decir, hay que invertir la polaridad del tweeter. Esto es as con los de 2, 4, 6,...orden, excepto en el filtro activo de 4 orden LR, donde no hay que invertir la fase de ninguno de los drivers. En el caso de un filtro de orden impar, concretamente el 3er orden tenemos este resultado.

Se trata de un filtro de 3er orden Butterworth. Se puede observar a primera vista que la suma de las respuestas es perfectamente plana. En caso de invertir la fase del tweeter tambin es plana. La respuesta en fase se muestra a la derecha. Los drivers reproducen a +135 y -135 a 1kHz, la frecuencia de corte. Esto quiere decir que hay un desfase de 270 entre ellos... o visto de otra manera, -90. Es un artificio matemtico perfectamente vlido. a pesar de lo aparatosa que resulta la grfica, la respuesta en fase no est mal para ser un filtro de 3er orden. La tentacin de invertir la fase del tweeter puede ser demasiado grande. A la derecha se ve lo que pasa en ese caso. La respuesta tiene un desfase de -90 a la frecuencia de corte, pero luego avanza hacia los 180 que tiene el tweeter de desfase.

En definitiva, no produce ningn beneficio sin que produzca otro perjuicio. Como viene siendo habitual, es cuestin de decidir qu caracterstica nos conviene.

GROUP DELAY (retardo de grupo)El retardo de grupo es la variacin del desfase (fi) frente a la frecuencia angular (omega), que es proporcional a la frecuencia. Es una magnitud que ha permanecido ignorada durante mucho tiempo pero parece que ahora empieza por fin a despertar inters. Es una medida de la respuesta temporal que produce un filtro. Cuanto ms grande, ms tiempo tarda en reaccionar, pero no es un problema de tiempo sino de uniformidad. No podemos percibir un retraso absoluto en la msica, es como pulsar el play 300 microsegundos antes o despus, pero se puede distinguir cundo el platillo empieza a sonar en relacin con el bombo. Los casos ms dramticos se producen en graves, donde los desfases y los retrasos temporales son perceptibles por nuestro odo. En los casos de las cajas acsticas basadas en sistemas resonantes, como las bass-reflex y las paso banda, es donde mayor importancia tiene, cuando los retrasos empiezan a superar los 25ms, cosa que nuestro odo percibe como un eco.

A la derecha se observa el retardo de grupo para los 4 rdenes de filtro visto aqu. Todos son de Q Butterworth. Es obvio que no slo aumenta el retraso, sino que aumenta tambin su no uniformidad, que es el principio del problema. Group delay frente al orden Aqu se muestra la dependencia del retardo de grupo con la Q del filtro. Tras ver las dos grficas ya se puede deducir algo. Cuanto mayor es la atenuacin del filtro, mayor es la no uniformidad y peor la respuesta temporal. La Q de Bessel es la mejor mientras que la de Chebychev es la peor. El resultado de todo lo expuesto anteriormente (fase, respuesta tempora, group delay,... es el "ringing", o sobreoscilacin. Es una distosin aadida por el filtro a la onda original. El ejemplo ms acertado es la onda cuadrada, que aunque muchos opinan que no es un test vlido, resulta ser la onda con mayor contenido en armnicos y la ms exigente para la respuesta temporal. A la derecha se observa una onda cuadrada con un periodo de 10ms. En el detalle de la derecha se aprecia mejor: el filtro de Tchebychev produce unos picos bastante grandes. Le sigue el de Butterworth, algo mejor. Luego vienen Bessel y L-R con una respuesta bastante buena.. Detalle de la sobreoscilacin El circuito empleado para esta ltima simulacin se muestra aqui. Son los filtros de 2 orden con una entrada de onda cuadrada.

Group delay frente a Q

Respuesta a la onda cuadrada

DISEO Y CLCULOA continuacin se ofrecen los circuitos del los filtros y scripts para clculos on-line de todos los filtros y redes tiles para la construcin DIY de pantallas acsticas.

FILTRO DE 1 ORDEN:La pendiente de la recta es de 6db/oct. Son los ms sencillos. Constan de un solo componente y producen menos errores de fase. Como problema, hacen que los altavoces tengan que trabajar en un rango de frecuencias muy amplio, cosa que por ejemplo a los tweeter no les viene nada bin. Vase la referencia a "desengao con los filtros de 1er orden".

Filtro de paso alto 1 orden

Filtro de paso bajo 1 orden

CLCULO DE UN FILTRO DE 1 ORDENFrecuencia Hercios

Impedancia del altavoz ms agudo

Impedancia del altavoz ms grave

Ohms

Ohms

Valor del condensador

Microfaradios

Valor de la bobina

Milihenrios

FILTRO DE 2 ORDENLa pendiente de la recta es de 12 db/oct. Constan de dos componente.por filtro. El corte es ms brusco y producen ms errores de fase. A cambio, los altavoces puden trabajar en un rango ms reducido. En los tweeter de una cierta calidad se recomienda que la pendiente mnima del filtro sea esta, para que no les afecten frecuencias ms bajas. Este es el tipo de filtro ms usado, aunque yo personalmente le encuentro un gran problema. Causa graves errores de fase, como suelen hace todos los filtros de orden par. En el de Butterworth, los el desfase entre los dos altavoces es de 180. El de Linkwitz-Riley no causa errores de fase, pero la polaridad de uno de los altavoces debe estar invertida. En el de Butterworth, tambin se recomienda. De esta manera, si el desfase es 180, y la fase en la que reproduce el altavoz es +-180, esto produce 0 o 360, es decir, que est en fase. Se construyen con un componente en serie (bobina o condensador) y el componente complementario en paralelo con el altavoz.

Filtro de paso alto 2 orden

Filtro de paso bajo 2 orden

CLCULO DE UN FILTRO DE 2 ORDEN

Frecuencia Hercios

Impedancia del altavoz ms agudo

Impedancia del altavoz ms grave

Ohms Condensador C2

Ohms

Condensador C1

Bobina L1

Bobina L2

3 ORDEN-BUTTERWORTH.La pendiente asinttica de la recta es de 18db oct. La atenuacin de las frecuencias es bastante brusca, en el punto de corte, las fecuencias estn en fase y los desplazamientos de fase se reparten por el rango de frecuencias, por lo que no son tan evidentes. A veces es necesario usar este tipo de filtros, por ejemplo si los altavoces estn muy prximos al final de su rango de frecuencias, pero en este caso es mejor que sean filtros activos. La acumulacin de componentes degrada la seal. La otra excepcin la constituyen los tweeter, donde s puede ser interesante utilizar este orden de filtro, o mayor, para evitar una excesiva excursin de la cpula.

Filtro de paso alto 3 orden

Filtro de paso bajo 3 orden

CLCULO DE UN FILTRO DE 3 ORDENFrecuencia Hercios

Impedancia del altavoz ms agudo

Impedancia del altavoz ms grave

Ohms uF mH Condensador C2 Bobina L2

Ohms Condensador C3 Bobina L3

Condensador C1 Bobina L1

uF mH

uF mH

4 ORDEN LINKWITZ-RILEY.La pendiente de la recta son 24 dB/oct. Cada filtro consta de cuatro componentes, dos bobinas y dos condensadores. Existe el 4 orden-butterworth, pero tiene el problema de que a en la frecuencia de corte el desfase es de 180. Este tipo de filtro realmente minimiza la interaccin de los dos altavoces. En la frecuencia de corte, los dos altavoces estn en fase y la respuesta es plana. Los componentes en serie degradan la seal y este tiene dos, por lo que tambin es recomendable que sea un filtro activo. En altavoces con diafragmas rgidos, cuya operacin fuera del rango puede ser catica, este tipo de filtro puede ser la nica opcin. Si adems se une a un tweeter con cpula metlica, donde pasa lo mismo pero a frecuencias menores, entonces SI es la nica opcin.

Filtro de paso alto 4 orden

Filtro de paso bajo 4 orden

CLCULO DE UN FILTRO DE 4 ORDENFrecuencia Hercios

Impedancia del altavoz ms agudo

Impedancia del altavoz ms grave

Ohms Condensador C2

Ohms Condensador C4

Condensador C1

Condensador C3

Bobina L1

Bobina L2

Bobina L3

Bobina L4

FILTRO NOTCHEl altavoz tiende a moverse con gran facilidad a la frecuencia de resonancia. Esto, como en los motores elctricos en funcionamiento quiere decir que consume poca corriente, y se traduce como una gran impedancia.

En un altavoz, esto se produce slo a esa frecuencia y sus alrededores, y crea picos de valores muy diversos segn el tipo de altavoz. En los woofer, los picos tiende a ser grandes y estrechos, y en los tweeter pasa lo contrario. El caso es que este pico de impedancia interacciona con el filtro y es un problema serio, sobre todo en los diseos donde se trabaja cerca de la frecuencia de resonancia del driver. El uso habitual de el filtro notch es corregir este pico de impedancia, y dejarla plana, para que el filtro pueda funcionar correctamente. Tambin un notch sirve para ecualizar picos en la respuesta.(resonancias del diafragma, etc...). Se hace con una resistencia en serie con toda la red RLC y driver. Su comportamiento es como el de la red atenuadora L.pad, pero sta, a diferencia de R2 de la L-pad, es selectiva a la frecuencia. Filtro notch (corrector de impedancia) Una solucin al pico de impedancia, empleada especialmente en tweeters es el ferrofludo. Es un aceite con partculas magnticas en suspensin que elimina prcticamente los picos de impedancia.

CLCULO DE UN FILTRO NOTCHFs

Hercios R1

Re

Ohms C1

Qes

Qms L1

Ohmios

microfaradios

milihenrios

REDES DE ATENUACIN L-PADNormalmente la eficiencia de un tweeter es mayor que la de un woofer. Esto quiere decir que recibiendo la misma potencia RMS, el tweeter producir ms sonido que el woofer, y la respuesta en frecuencia no ser plana. Existe una manera sencilla de evitar esto. Hay que evitar que el tweeter aproveche toda la potencia, es necesario que parte de esta potencia se pierda. Esto se consigue aadiendo una resistencia suficientemente grande. El problema es que los filtros estn preparados para trabajar con una determinada impedancia, y si esta vara, el comportamiento no ser el mismo.

Mediante resistencias en serie y paralelo se puede conseguir que la impedancia vista por el filtro sea la misma, y que parte de la potencia se pierda en las resistencias, con lo cual el filtro funciona bien y se obtiene una respuesta ms plana. L-PAD

CLCULO DE UNA RED L-PAD

Impedancia nominal Potencia del altavoz

Ohm

Atenuacin

dB

R1

Ohm R2

Ohm W

W Potencia mnima de R1

W Potencia mnima de R2

Calcular las resistencias para potencia

REDES ZOBEL.Los altavoces tienen inductancia porque tienen una bobina, que cuando le pasa corriente es la que se encarga de reacccionar contra el campo magntico del imn, lo que pone en movimiento el diafragma. El problema es que los filtros necesitan una impedancia constante para funcionar correctamente. Si la impedancia no es plana, aparecen picos en la respuesta (cambia la Q), e incluso se puede llegar a reducir un orden la respuesta del filtro. Aadir una red Zobel no aumenta la pendiente de cada. La deja como tiene que ser, sin que la inductancia del altavoz interacte con el filtro. Es cierto que aadir la red Zobel al de graves le aumenta la cada, porque la inductancia impide filtrar bien a la bobina, y con red puesta la impedancia es plana, no hay inductancia. Y no aumenta el orden, lo que pasa es que sin la red, el orden disminuye. Izquierda: circuito simulado L1 y L3 son las inductancias de las bobinas de voz de los woofers. El altavoz ideal no tiene inductancia. Derecha:Respuesta del circuito simulado con Spice. En el grfica de la derecha se observan los efectos de la red Zobel en un filtro de 3er orden a 2kHz, en un altavoz de 8Ohm y una inductancia de 0,8mH, caso que puede tratarse perfectamente de un altavoz de 6.5 u 8" en configuracin dos vas. La respuesta del circuito ideal se ha desplazado ligeramente hacia abajo en ambos casos porque la grfica era completamente coincidente con la del circuito con red Zobel. Las conclusiones son obvias.

R ed Zobel

CLCULO DE UNA RED ZOBELImpedancia nominal

Ohm

Inductancia nominal (Le) uF Resistencia

mH

Capacidad del condensador

Ohm

SOBRE LA FASE:DESENGAO CON LOS FILTROS DE 1ER ORDEN.Los altavoces reproducen con su propia fase. Las grficas de impedancia de un tweeter, Fs y los parmetros Q sirven para saber cmo ser la respuesta en graves de un altavoz. Esto incluye los tweeter.

A ambos lados de Fs se definen dos polos, que se comportan como un filtro. Si el tweeter tiene Fs a 1000Hz, en un tweeter normal se puede pensar que los polos estn a 750Hz y a 1500Hz. Si cortas con un condensador el tweeter a 2000Hz, algo normal (el doble de Fs), lo que se est haciendo matemticamente es poner un polo a esa frecuencia. De 2000 a 1500 bajar a 6dB/oct, de 1500 a 750 con 12dB/oct y de 750Hz para abajo, con 18dB/ oct, porque cada polo aade una cada de 6dB, y un desfase de 90. A 1500Hz ha cado 4dB, casi nada, y sigue siendo audible su comportamiento, y a 750Hz ha cado 9 dB, 5 ms de lo debido, aunque ya no es tan audible. El caso es que la banda entre 1000 y 2000 es de todo menos un filtro de 1er orden. Crea errores de fase de 135 y no de 90 a 1500Hz.

Respuesta del filtro ideal y lo que tenemos en realidad

Si se hubiese usado un filtro de 3er orden a 3000Hz, a 1500Hz su respuesta habra cado 18-21dB y todo sera matemticamente correcto. a 1500Hz, con una atenuacin de 11dB (5 ms que con el de 1er orden), se desva slo 2dB y 70 de la respuesta ideal. Pero sobre todo, algo muy importante: tal y como es la respuesta usual de la msica, a esas frecuencias baja desde los medios hasta los agudos con una pendiente aproximada de 12dB/oct. Un filtro de 1er orden no limita el movimiento del tweeter, de hecho va aumentando (porque la msica es as) hasta que llega a los polos de al lado de Fs. Respuesta del filtro de 3er orden a 3kHz, real e ideal Con un filtro de 2 orden el movimiento se hace ms o menos constante, y con uno de 3 se reduce el movimiento del diafragma, que es lo que realmente protege al tweeter. Otro tema importante es que un filtro de 1er orden es ms simple, es ms fcil de atacar por el amplificador y es menos intrusivo con la msica, por que cada componente aporta su "destruccin" particular al sonido. A bajo volumen son mejores los filtros suaves, aunque no recomiendo menos de 2 orden para 2 vas, pero para gran volumen sonoro, los filtros duros son necesarios y mejores.

Anlisis de frecuencias de una pieza musical

Para ver los circuitos empleados en la simulacin, pulse aqui y ver el circuito empleado para modelar el tweeter imaginario. Pulse aqui y ver cmo est implementado el filtro de 3er orden.

CONSTRUCCIN DE UN FILTRO. Parmetros obvios y predecibles.Hay varias maneras de disear e implementar un filtro. Desgraciadamente, diseo e implementacin no pueden ir por separado, es decir, no vale con disear un filtro con el ordenador, construirlo y conenctarlo al altavoz. Hay parmetros que no son obvios en los altavoces, como la impedancia, que es dependiente de la frecuencia, y no slo por la bobina de voz, sino por factores mecnicos. Uno de estos es la frecuencia de resonancia del altavoz, donde se pueden encontrar valores de Z=150 Ohm en altavoces de 4 Ohm nominales. Otros son el la fase en la que reproduce el altavoz, que aade un poco ms de complejidad al modelo, pero sigue siendo ms o menos predecible. Por otro lado estn los efectos no predecibles, en especial la capacidad del altavoz para reproducir parte de la banda que le corresponde sin crear distorsin o coloracin.Esto slo se puede comporbar

experimentalmente, y aplicar un diseo del filtro "a medida" del altavoz. Las restricciones de potencia son obvias. Si se pretencde usar los altavoces a gran volumen, la frecuencia de corte del tweeter no debe ser muy baja, y la pendiente del filtro debe ser como mnimo 12 dB/oct en todo caso. Aunque no se rompa, no sonar bien. Hay otras restricciones derivadas que no son tan ovias. Por ejemplo, la resistencia DC de una bobina. Su potencia determina la cantidad de cobre de su seccin, pero ste rea es inversamente proporcional a su Rdc, que interacta de manera muy notable con los filtros. Las frecuencias de corte de los filtros deben estar alejadas como mnimo dos octavas de la frecuencia de resonancia de cada altavoz si no se usa un notch.

Comprar el filtro hecho.Si crees que puedes comprarlo hecho y sonar bin, ...bueno... hay casos en los que puede pasar, pero normalmente slo ser cuando tengas todos los componentes de la misma marca, (y a veces ni eso).

Las casas desarrollan filtros pensando en sus propios altavoces, por lo que ya hay una restriccin importante. Por otra parte est que las casas hacen no tiene por qu ser lo mejor del mundo, ni el caso ptimo. Existen muchos casos de resultados poco satisfactorios con el kit completo de una marca.. Filtro comercial 3 vas

Pruebas y lgicaPiensa seriamente cmo hacer el filtro. Esta es la parte ms dura de construir un altavoz. Puede ser que ni siquiera exista un filtro que haga que dos altavoces funcionen juntos. Esto, dentro de lo que es obvio, por ejemplo que no se pude hacer un dos vas con un 18" y un tweeter 1", es realmente raro, slo pasa con altavoces de muy buena calidad y difciles de domar, como los de diafragma rgido, y en general cuando la tonalidad es muy diferente. No te des por vencido. El filtro es el ltimo paso. Conviene tener algo que muestre la respuesta en frecuencia, como un bun micrfono, una grabacin de ruido rosa y un analizador de fecuencias para el ordenador.(o autnomo). El resultado final es tan simple como que te tiene que gustar a ti. Conviene tener la referencia auditiva de algn altavoz bueno o MUY bueno, porque despus de horas de escucha, se pierde la nocin de lo que est bien o mal. Lo que es seguro es que te acabas acostumbrando a cmo suena tu altavoz, a no ser que halla algo concreto que falle de manera evidente.

Implementacin.Es muy recomendable utilizar componentes de buena calidad.

Recomiendo especialmente usar resistencias de film metlico para la atenuacin del tweeter. Si no, antes que usar resistencias bobinadas es mejor que uses resistencias buenas de carbn. Sobre las bobinas, a no ser que sea imprescindible, no recomiendo usar bobinas con ncleo de ferrita, sino de aire. (el comportamiento de la ferrita no es del todo lineal frente a la corriente y se satura, con una marcada histresis). La opcin del ncleo de hierro es ms interesante. Se usa para valores muy altos de inductancia, y no tiene buen comportamiento a alta frecuencia, pero para los filtros a frecuencias de menos de 350Hz es la opcin obligada. Una bobina con ncleo de aire de esos valores sera escandalosamente grande, y la relacin calidad/precio no sera buena.

Bobina de aire

Condensador electroltico Otra cosa sobre las bobinas. En cualquier tipo de filtro, sea como sea, no se deben poner bobinas en el mismo plano NUNCA, los campos magnticos se acoplan y puede pasar cualquier cosa. Las bobinas deben colocarse perpendiculares, con ngulos de 90. Esto reduce bastante la induccin entre ellas. Condensadores MKP No uses condensadores electrolticos baratos, especialmente en agudos. Ver los consejos sobre condensadores.

PCBLos filtros se pueden montar sobre PCB, aunque yo NO lo recomiendo. Las pistas tienen muy poco grosor y ofrecen ms resistencia que los cables, adems de que se degradan y se oxidan si no estn protegidas con ceras o barnices. En el caso de que se oxiden, el xido degrada la conduccin del cobre muy rpido, por ser tan finas las pistas. En caso de hacerlo en PCB, las pistas deben ser lo ms grandes posible. Piensa que pueden pasar varios amperios por ellas, y que se pueden quemar. Las tablas que se ofrecen para los diseadores de PCBs, con el ancho de pista en relacin con los amperios son muy bonitas, pero completamente insuficientes para esta utilidad.

PCB estndar para filtros

Mi recomendacin es el cableado. Consiste en fijar los componentes sobre una tabla infuga y soldar los terminales con cable. Aqu el cable puede ser cualquiera Evita usar conectores, por lo menos en la versin definitiva. Se oxidan y por ellos pueden pasar varios amperios, y siento ser pesado, pero es una cantidad MUY respetable. Siempre es mejor una soldadura.

CMO FUNCIONA UN ALTAVOZ Introduccin Altavoz de cono altavoz de cpula (tweeter) Algunos problemas y la solucin adoptada o Flujo magntico no constante

o o o o o

Elasticidad de la suspensin no constante Asimetras Inductancia variable de la bobina de voz Cono de perfil exponencial Efectos trmicos

INTRODUCCINUn altavoz magntico funciona al hacer reaccionar el campo magntico variable creado por una bobina con el campo magntico fijo de un imn. Esto hace que se produzcan fuerzas, que son capaces de mover una estructura mvil que es la que transmite el sonido al aire. Esta estructura mvil se llama diafragma, puede tener forma de cpula o de cono. A su vez, esta estructura mvil est sujeta por dos puntos mediante unas piezas flexibles y elsticas que tienen como misin centrar al altavoz en su posicin de reposo.

ALTAVOZ DE CONO

Este es el esquema de un altavoz convencional. La araa (una pieza de tela con arrugas concntricas de color amarillo o naranja) se encarga de mantener centrado el cono, junto a la suspensin. El imn, junto a las piezas polares crean un circuito magntico. En el entrehierro es donde el campo de la bobina reaciona contra el campo fijo del imn.

ALTAVOZ DE CPULA (TWEETER)Conviene decir que no slo un tweeter puede ser un altavoz de cpula. El altavoz de cpula funciona bsicamente igual que el de cono, pero en ste la superficie radiante no es un cono, es una cpula. La cpula tiene la caracteristica de que la resonancia en esa estructura es absorvida de manera muy eficiente y prcticamente no causa efectos audibles, pero tiene como desventaja que la aceleracin no es igual en todos los puntos de la cpula, siendo el centro el ms perjudicado. Como consecuencia, se produce una prdida de eficiencia respecto a su equivalente en forma de cono, pero con un sonido mejor al evitar la resonancia.

ALGUNOS PROBLEMAS Y LA SOLUCIN ADOPTADA FLUJO MAGNTICO NO CONSTANTEEl principal problema de una bobina de voz es que se desplaza, y no en todos los puntos recibe la misma cantidad de flujo magntico, por lo que la fuerza de reaccin contra ese campo magntico depender de su posicin.

En el grfico superior se puede ver el porqu. La bobina de voz literalmente abandona el campo magntico. Este problema se agrava a medida que crece el desplazamiento, por lo que es conveniente reducir estos desplazamientos al mnimo, lo que se hace con drivers ms grandes, utilizando dos drivers o con menos SPL.

Campo asimtrico

campo simtrico

Estos dos son los casos posibles, siendo el primero el habitual en muchos tipos de altavoces. Tan slo unos pocos altavoces de gran calidad y precio compensan este fenmeno. En la seccin "asimetras" hay ms detalles. En cualquier caso se produce distorsin armnica, de orden predominantemente par en el primer caso y de orden predominantemente impar en el segundo.

La forma en la que decae el flujo frente a Xd es indicador de cmo se crear distorsin. En el segundo grfico se ha dibujado de manera muy exagerada. Si el entrehierro es demasiado grande, una mnima variacin en la posicin de la bobina de voz har variar el flujo que recibe. Si la bobina de voz es demasiado pequea, se saldr de la zona donde es constante. Habitualmente un entrehierro grande dar una mayor eficiencia con un imn menor, pero es acosta de aumentar la distorsin. A veces un gran imn si es indicativo de calidad (para altavoces de un mismo tamao, dimetro de bobina y eficiencia)

La nica solucin que existe a este problema es aumentar la longitud de la bobina de voz y/o reducir la del entrehierro. De esta manera un driver con THD=5% con Xd=1mm puede pasar a tener un 1% con ese mismo desplazamiento. XMAX es el parmetro que mide la excursin lineal del diaragma. Se puede calcular de varias formas, la ms correcta es la medida en la que tanto la elasticidad de la suspensin como el campo magntico son constantes dentro de un margen. En todo caso XMAX determina el desplazamiento mximo del diafragma dentro de unas condiciones que dependen del fabricante que pueden ser la habitual o la mxima que garantiza que no se puede romper la suspensin por una excesiva excursin lineal. En algunos casos se indican ambas. XMAX se calcula como | longitud bobina-longitud entrehierro | /2 NOTA: estas dimensiones pueden ser denominadas altura en vez de longitud por algunos fabricantes. La distorsin creada por esta limitacin depende del desplazamiento, y el desplazamiento depende a su vez de la frecuencia y del SPL. La excursin lineal es inversamente proporcional a la frecuencia, y directamente proporcional al SPL. No slo crear distorsin armnica, tambin crear IMD, y mucha, ya que el desplazamiento en las frecuencias graves es mucho mayor que en las agudas.

ELASTICIDAD DE LA SUSPENSIN NO CONSTANTEA medida que se alcanza el lmite de excursin lineal, la suspensin se acerca a su lmite de elongacin.. La suspensin ejerce siempre una fuerza que tiende a centrar las partes mviles y dejarlas en su posicin de reposo. Esa fuerza debera ser prcticamente independiente de la posicin, aunque en realidad al acercarse a ese lmite de enolngacin la constante elstica aumenta y la oposicin a la excursin es mayor. Sus efectos son muy semejantes a los magnticos, aunque es comn que sus efectos sean de manera dominante simtricos, lo que causa dominantemente armnicos de orden impar, aunque no es extrao el otro caso. Lo que si es peor que en el caso magntico es que sus efectos no son tan progresivos, es como comparar el recorte en un amplificador de vlvulas y un operacional, adems los armnicos generados son muy semejantes. Aqu son muy bruscos, aunque para cuando los efectos de la suspensin son perceptibles, los efectos magnticos

ya son ms que evidentes. Tambin esto es una causa de IMD. La solucin a esto es usar suspensiones y araas con gran lmite de enlongacin. En el caso de las suspensiones de goma, estn ah para centrar el cono, pero su efecto est muy por debajo del de la araa para bajas amplitudes. Para altas amplitudes, el lmite de enlongacin suele estar determinado por la suspensin, con el problema aadido de que la estructura de media onda no permite una gran enlongacin, y el material tampoco. A su vez, la pescadilla que se muerde la cola, esto es un motivo que puede causar la destruccin del altavoz porque nada limitara la excursin. Normalmente en un woofer el amortiguamiento elctrico es dominante sobre el mecnico, por lo que estos efectos mecnicos no son dominantes ms que bajo grandes esfuerzos, especialmente trmicos, que reducen de manera drstica la amortiguacin elctrica. En cambio, respecto a la distorsin, en drivers que usen motores lineales y correccin de la inductancia, la distorsin causada por la suspensin es dominante. A baja frecuencia, una suspensin demasiado dura crear distorsin porque la suspensin precisamente trata de empujar el cono hacia la posicin de reposo.

ASIMETRASYa hemos visto un ejemplo de cmo se pueden crear asimetras por el motor magntico. En el caso de la suspensin tambin se pueden causar, imaginemos por ejemplo una araa que no tiene el mismo nmero de valles que de picos. Cuanto mayor sea el nmero total de valles y picos, menor ser esta asimetra, pero en el caso de un driver pequeo en donde puede haber dos picos y un valle este problema no es despreciable. En general, una asimetra genera siempre armnicos de orden par muy relacionados con la amplitud (ms amplitud, ms distorsin). Tambin generan IMD, ya que los mecanismos de creacin de armnicos de orden par e IMD son muy semejantes. Por eso, se deben corregir en la medida de lo posible.

Como tambin hemos sealado, los efectos dominantes en la distorsin son los magnticos, as que era lgico que los fabricantes empezaran a trabajar por ah. JBL empez a corregir este problema con un motor que hoy da usan multitud de fabricantes, y muchos otros utilizan las mismas tcnicas. Se trata de que el campo magntico en el entrehierro es desviado por la pieza polar, lo que hace que el campo sea asimtrico.

Al poner el entrehierro en medio del disco polar, y no entre el dsco y la pieza polar se consigue reducir de manera muy significariva la dispersin del flujo magntico Esto obliga a usar bobinas de voz ms anchas, lo que tambin suele ser una ventaja ya que se consigue un mayor factor de fuerza con una misma inductancia. Sin embargo, aunque el el dibujo las lneas estn de una forma ideal, an se sigue dispersando flujo de manera asimtrica, ya que a la izquierda hay nua gran estructura ferromagntica y a la derecha no hay nada. Esto llev al desarrollo del siguiente motor, cuyo inventor desconozco pero que se usa en drivers de muy alta gama.

Lo primero que se ve son los dos imanes. El imn de ms atrs tiene como misin compensar el flujo creado por el imn del medio, el habitual en todos los diseos. Vemos que se usa la idea de JBL de poner el entrehierro en el disco polar en vez de entre el disco y la pieza polar. Y la caracterstica ms curiosa, la adicin de dos pequeos imanes que compensan el flujo creado por el grande, y hacen ms simtrico el flujo, ahora hay estructuras magnticas que se compensan a ambos lados de la bobina de voz y el entrehierro, por lo que no hay asimetra. Una distorsin menos.

INDUCTANCIA VARIABLE RESPECTO DE LA POSICIN.La inductancia de la bobina de voz puede ser dependiente de su posicin. En el siguiente grfico se muestra la bobina en dos posiciones. En la de la izquierda, el desplazamiento es negativo, la obbina se halla en el interior de la estructura magntica. Tiene una gran cantidad de material ferromagntico alrededor, por lo que la reluctancia del circuito magntico es baja, es capaz de crean un gran flujo magntico y tiene una alta inductancia (al igual que si una bibna le aadimos un ncleo de ferrita. En la de la derecha, el desplazamiento es positivo y la bobina se halla lejos de la estructura magntica. La porcin de aire entre la bobina y los materiales ferromagnticos es grande, y su reluctancia tambin lo ser. Ahora no es capaz de crean un flujo magntico tan grande, y su inductancia es menor, como si a una bobina le quitamos el ncleo de ferrita.

Es lgico que cuanto menor sea la inductancia de la bobina de voz, menores sern esas variaciones, para empezar, un buen altavoz debe tener una inductancia baja. lgicamente, a costa de la eficiencia. La solucin a este problema es utilizar un anillo de cobre que cortocircuita la inductancia de la bobina de voz. Cuando la bobina est cerca, este anillo hace que LE disminuya su valor, y crea un flujo magntico en direccin opuesta al creado por la bobina de voz. Cuando la bobina est lejos, sus efectos en la disminucin de LE son menos notables, y tambin la induccin de flujo en el ncleo. De esta manera se pueden llegar a compensar de manera precisa las variaciones descritas anteriormente, aunque una mala colocacin puede producir el efecto contrario. El anillo tambin puede ser de aluminio, tambin es un buen conductor, prcticamente diamagntico y baja resistencia. Tambin el anillo puede no ser un anillo sino un trozo de metal diamagntico y bueno conductor con forma de moneda que cubre la pieza polar. Otra de las funciones del anillo de cobre es cortocircuitar las corrientes de Foucault creadas en el ncleo, que contribuyen a su calentamiento (como la cocina de induccin), a sa

EL CONO DE PERFIL EXPONENCIALUno de los ms grandes problemas de los altavoces, que hoy da est bastante controlado, es la el terrible efecto que se produce cuando la onda reproducida hace que el diafragma entre en resonancia, ya que la onda reproducida y su frecuencia natural son la misma o estn sumamente prximas.

En un principio los altavoces tenan un perfil de cono recto, porque eran ms fciles de fabricar, pero tena el problema de que se produca un gran pico al final de la banda. El perfil de trompeta exponencial controla esa resonancia y evita que se produzcan picos. El ejemplo ms simple era el 5MP30 de Beyma, un driver con un cono de papel impregnado con perfil recto, con un pico de +10dB! a 4kHz. Su sucesor, el 5MP60N, con el mismo chasis y todo igual excepto el diafragma, que es un cono de polipropileno de perfil exponencial, y con una suspensin de goma en vez de espuma consigue eliminar la resonancia.y deja un pico de +4dB a 6kHz.

EFECTOS TRMICOS

Uno de los ms perniciosos efectos en un altavoz, especialmente en el campo del PA donde las potencias consumidas son importantes, la variacin de sus parmetros por la temperatura. Para empezar tenemos que variar RE, ya que en todo metal, la conductancia depende de la temperatura, y disminuye con ella. Tendremos por un lado que RE aumentar a medida que se caliente, y los efectos magnticos perdern eficiencia, ya que el calor les afecta.

En otras palabras, se reduce de manera muy seria el amortiguamiento elctrico, y el amortiguamiento mecnico pasa a ser dominante. Bajo estas circunstancias de estrs, la reproduccin de bajas frecuencias se ve sumamente alterada de lo que se espera y la distorsin aumenta. Otro fenmeno es la compresin de la potencia. A grandes potencias, el calentamiento implica que la resistencia aumenta, y por si fuera poco grave la disminucin en la eficiencia (entre 3 y 10dBs), el consumo es menor. Consecuencia, en un largo periodo de funcionamiento, un woofer puede dar el mismo SPL a la cuarta parte de potencia que a plena potencia.

La solucin es refrigerar el ncleo. La primera contribucin por parte de JBL hace ya unos cuantos aos fue perforar el ncleo para permitir su refrigeracin. Posteriormente han venidos otras tcnicas, como extender la pieza polar con un gorro de cobre como hace Seas, radiadiores de aluminio directamente de la pieza polar al exterior, prolongaciones del chasis (aluminio) desde la propia pieza polar (Volt Loudspeakers, en la fotografa), y un sistema semejante que aprovecha el propio movimiento del altavoz para bombear aire en la bobina de voz....

MATERIALES DE DIAFRAGMASEl material de la membrana o la cpula tiene un papel muy importante en el sonido, eficiencia y rango de frecuencia del altavoz.. Materiales de los diafragmas Woofers Papel Polipropileno Bextreno TPX Kevlar Aluminio y magnesio

Fibra de carbono Carbono depositado Tweeters cpula blanda cpula metlica

WOOFERSLos diafragmas tienen forma de cono, deben ser duros para poder mover grandes cantidades de aire. Su forma no ha variado mucho desde la invencin del altavoz, simplemente se han variado ligeramente las formas y los perfiles del diafragma, que hoy da tienden a ser exponenciales en vez del cono recto. Hay que decir que Acutton fabrica woofers de cpula, con materiales cermicos.

PAPELNada conseguir erradicar al papel de los conos de los altavoces. Es el material ms barato, es ligero y no hay sustituto para l en altavoces grandes >12" (tal vez el carbono, pero no al mismo precio). Su presencia es tan clara que incluso altavoces de Kevlar, carbono o polipropileno usan un dustcap de celulosa. El aluminio y magnesio son los nicos materiales que no lo usan nunca. La calidad de estos altavoces no es la mejor. El papel es dbil y poco estable con el tiempo. Por eso se suelen impregnar con lacas, plsticos barnices y miles de productos. Fabricantes de prestigio como Lowther, especializados en altavoces de rango completo usa diafragmas de papel con una impregnacin que no develan. Esto es algo comn en los fabricantes. Sobre la calidad, hay que decir que aunque los altavoces baratos son todos de papel, ya que es un material muy barato en s mismo, si un altavoz de fibra de carbono costase 2e tambin sonara mal.

Tambin hay altavoces caros de papel, y no suenan para nada mal. El sonido es muy suave, sin coloracin, pero como el papel es dbil, se forman ondas en la membrana que ensucian el sonido. Las impregnaciones ayudan a variar los parmetros del diafragma, a endurecerlo o ablandarlo. Los altavoces grandes, cuando salen del rango de frecuencias crean coloracin, pero no muy estridente, es peor la falta de definicin. En los modelos ms pequeos, el rango de frecuencias aumenta hasta frecuencias bastante altas y el autoamortiguamiento que produce un material blando como el papel reducir la coloracin. COR MSH116

MONA

Para altavoces de alta fidelidad sin pretensiones high-end de 2 o 3 vias con filtros de 1er o 2 oden son una opcin muy interesante para el woofer y especialmente para el medios. Producen sonidos suaves y sin excesiva coloracin.

POLIPROPILENO.Es un polmero descubierto por Dudley Harwood que se prevee que sustituir al PVC en muchas de sus aplicaiones por no ser txico. Adems es fcil de moldear y muy barato. Es muy ligero, su densidad es menor que la del agua. Dadas sus propiedades vino a sustituir al bextreno. Sus propiedades son mejores que las del papel, pero tampoco muy diferentes. Sonido suave, sin coloraciones marcadas. Tienen la ventaja de que no suelen fabricarse altavoces malos con l, y no hay representantes que

ensucien el nombre del material. Suelen llevar membrana de goma, ya que los pegamentos tradicionales no pegan el l, con lo cual tambin se eliminan las suspensiones de espuma, que ensucian el sonido y se pudren con el paso del tiempo.

Su calidad es muy aceptable, pero no es la mejor. El polipropileno es ms rgido que el papel, pero no mucho ms. Si alguien tiene un accesorio de cocina fabricado en polipropileno (Los recogedores de la escoba, los cubos de basura,...) ver que se doblan, pero es difcil romperlo. Esto significa que la distorsin creada es menor que en el papel, y alcanza niveles muy buenos, tambin con eficiencias buenas (90-92dB). En bafles de hasta 600.000 pts la pareja me parece una muy buena opcin, a precios razonables. MON ACOR SPH135

Los dafragmas de ste material son bastante ligeros, pueden extender bastante su rango de frecuencias. Se pueden usar con filtros de 1er o 2 orden sin demasiados problemas, y son una muy buena eleccin para dos vas, aunque no tanto para altavoces grandes (10, 12"... ) donde resulta ser demasiado blando, a pesar de que se consiguen diafrgmas muy ligeros..

BEXTRENOCmo no guardar un sitio para un material tan popular y ahora desaparecido. Se desarroll para corregir los problemas de coloracin del papel.

Su gran problema fu la bajsima eficiencia que consegua. Tuvo su esplendor en los 70, y es legendario en los monitores de la BBC. En Inglaterra fu donde ms aceptacin y esplendor tuvo. Celestin lo us en algunos modelos, pero KEF fu la marca que ms apost y arriesg por l, y tuvo resultados muy dispares, desde rotundos fracasos hasta ser usado en los monitores de estaciones de radio de la BBC durante ms de 15 aos, concretamente en el LS3/5 de 1975 y su posterior versin LS3/5A, 1988 tambin con un altavoz de KEF de bextreno. Es posible que incluso hoy da se siga usando, aunque no tengo noticias.

La popularidad de las lneas de transimision en los 70 y el uso del bextreno con baja eficiencia hizo extender la creencia de que las TLs daban baja eficiencia, y cuando el bextreno cay en desgracia, arrastr a las TLs. Sus propiedades son bastante parecidas a las del polipropileno, con un nivel de distorsin muy semejante.

TPX o polimetilpentenoEste material es el termoplstico ms ligero del que se dispone en la actualidad. Se descubri en los aos 50 por

ICI, pero no se ha usado hasta que Audax lo rescat del olvido hace pocos aos. Su densidad es tan baja que flota en el agua, incluso podra llegar a flotar en aceite. Es incluso ms ligero que el polipropileno. Es tambin ms rgido que el polipropileno, su mdulo de Young es el doble que el del polipropileno, y su autoamortiguamiento es excelente, mucho mejor que el el papel, 6 veces mayor, por lo que su comportamiento es mejor en todo el rango. La especialidad son los medios, donde el sonido es suave pero definido y ausente de coloracin.

KEVLAREs la marca comercial de un polimero que forma fibras prcticamente inextensibles y con una extrema resistencia a la tensin, y registrado por DuPont. http://www.dupont.com/kevlar/index.html Ms informacin en: http://www.dupont.com/kevlar/whatiskevlar.html Es el material del que estn hechos los chalecos antibalas, los fondos anti-minas de vehculos blindados, con muchas aplicaciones en la frmula 1, en los aros de las cubiertas de bicicletas de competicin, y disciplinas en las que se requieran materiales ligeros y muy resistentes. Las fibras se trenzan y se fabrican diafragmas con una gran rigidez y una masa muy baja. Sus caractersticas son las comunes a los diafrgmas rgidos como el aluminio, magnesio, fibra de carbono y el Kevlar mismo.

Su definicin y ausencia de distorsin en el rango lineal son envidiables, y el impacto en graves tambin. El problema es la ausencia de auto absorcin. Precisamente por ser tan rgido crea muy poca distorsin y proporciona claridad en el sonido, pero a frecuencias altas se producen resonancias en el diafragma, y entonces la transparencia y ausencia de coloracin y distorsin se convierten en lo contrario. Coloracin, picos exagerados en la respuesta y subida descabellada de la distorsin, y de ah en adelante es impredecible, aunque su respuesta se reduce muy rpidamente. OR SPH165KE

MONAC

Tienen parmetros Qms muy altos, entre 4 y 5, lo que suele redundar en una gran facilidad para moverse y un sonido ms natural y limpio. Para altavoces de 2 vias, es muy recomendable de 3 o 4 orden para eliminar los picos de resonancia.

ALUMINIO Y MAGNESIOOtro representante de los diafragmas rgidos, tal vez estos dos sean los ms rgidos de todos. Aluminio y magnesio estn muy prximos en la tabla peridica, por eso sus cualidades son muy semejantes. Se consiguen diafragmas muy rgidos, ms que con Kevlar.

Las caractersticas son muy parecidas a las del Kevlar y dems diafragmas rgidos, pero todo se magnifica. La distorsin, la coloracin son muy bajas. Su extensin en frecuencia es muy alta, pero tiene el grave problema de que la resonancia del diafragma es mucho peor que en el Kevlar. Los picos pueden llegar a +15dB, y se hace imprescindible el uso de filtros duros, de 3er y 4 orden, o en su defecto, utilizar frecuencias de corte muy alejadas de estos picos. Es difcil trabajar con ellos, por sus resonancias, pero Seas, en su serie Excel tiene algunos altavoces de ste material con cualidades realmente excepcionales.

MONAC OR SPH170AL

Su uso es realtivamente nuevo y no existen casi modelos de ms de 6.5". Se usan el pantallas de muy alta gama, y nomalmente lo farbican exclusivamente para esa pantalla.

Para altavoces de 2 vias, lo nico que posibilita su funcionamiento es que no sea posible fcil encontrar modelos de 8", y sea ms normal de 5" o 6.5". Esos tamaos permiten una mayor extensin en frecuencias, y an as no es casi nunca posible usar filtros de 2 orden, y deben ser de 3, 4, e incluso se debe usar otro notch filter en el pico de respuesta.

Tienen los parmetros Qms ms altos de todos, alrededor de 5, lo que implica como en el kevlar sonido muy natural, aunque las graves resonancias puedan dejar un sonido residual de aluminio. Los picos de impedanica a Fs pueden llegar a 120 Ohm en un altavoz de 8Ohm. Son ms baratos que los de Kevlar y carbono, pero ms caros que papel y polipropileno. Curisamente, en tweeters de cpula parece dar un resultado muy bueno en la banda supersnica, dada su extensin en frecuencias.

FIBRA DE CARBONOEscuch unos Martin Logan, los Prodigy, que llevan dos woofers de 10" de fibra de carbono y sal con la boca abierta. Los graves tienen una potencia increible, sin ninguna coloracin y con un detalle que no haba escuchado nunca. Las mediciones de Martin Logan indican que llegan a 28 Hz a 2dB. He escuchado sobwoofers que presumen de esa cifra y no llegaban a la altura en cuanto a limpieza de los graves, ausencia de coloracin e impacto causado por los altavoces de carbono. Existen varios tipos de fibras de carbono, que principalmente dependen de la temperatura usada en su fabricacin. Bsicamente el proceso consiste en hacer fibras con un polmero, que al calentarlo pierde hidrgeno y oxgeno, dejando el caso ptimo slo carbn (Graphitisation). El problema de este proceso es que si la temperatura no es suficiente, en el interior de las fibras ms gruesas todava habr tomos de hidrgeno y oxgeno. Cuanto mayor sea la temperatura de carbonizacin mayor ser la calidad, y para obtener fibras de carbono puro se requieren temperaturas de 2000-3000 C. Esto explica su alto coste. Posteriormente las fibras se mezclan con resinas Epoxy para formar estructuras slidas.

Un mdulo de Young alto implica rigidez, y que las ondas viajan rpido por el material, como pasa en todos los rgidos: Kevlar, aluminio, magnesio y carbono. Como en los dems, cuando estas ondas coinciden con la resonancia del diaframa, se producen picos de resonancia. Curiosamente el carbono, adems de tener una gran rigidez, tiene un grado de absorcin mayor que el aluminiomagnesio, y en el caso de diafragmas con bastante espesor, (pesados, woofers de ms de 6.5") se produce una buena autoabsorcin, y los picos de resonancia se reducen hasta lo que podra ser comparable con el Kevlar o incluso el polipropileno. MONACOR SPH225C En graves son los mejores de manera indiscutible. Los parmtros Qms suelen ser muy altos como en el aluminio, de 5 o uncluso 6, lo que hace que los picos de Z a Fs sean terribles, de hasta 160Ohm. stos no tienen el problema de poder tener sonido residual si no estn bien domados, su sonido es muy limpio, pero resulta difcil trabajar con ellos. Sus precios no son muy asequibles, y no son nada fciles de encontrar. son por lo general los ms caros. Son tambin difciles de trabajar. Tienen muy altos picos de impedancia en su Fs y altos picos de respuesta al final del rango. Para altavoces de 2 vias, no es siempre posible usar filtros de 2 orden, y deben ser de 3, 4, aunque dependiendo del altavoz se puede prescindir de un notch filter en los picos de resonancia del diafragma o el altavoz al completo.

CARBONO DEPOSITADOExiste una tcnica consistente en depositar carbono sobre otros materiales: papel (como los Scan-Speak 18W8545), polipropileno, o PVC.

Son altavoces ms baratos que los de fibra de carbono, excepto en el caso de Scan-Speak, que lo igualan. Las propiedades resultantes son una mezcla entre las del material base y el carbono. Ms difinicin, ligereza en todo caso, menos distorsin, y aparicin de resonancias a la fecuencia de resonancia del diafragma. Los parmetros Qms no son tan altos como en un diafragma rgido, pero tampoco tan bajos como un papel o polipropileno.

Son en todo caso un intermedio entre rgido y blando, y en el caso de Scan-Speak obteniendo caractersticas muy buenas de ambos mundos. La balanza que marca su comportamiento mixto siempre se puede variar y controlar dependiendo de la cantidad de carbono depositado.

TWEETERS.Los primeros altavoces de agudos eran con forma de cono, como los de graves. Luego se dieron cuenta que las cpulas mejoraban la dispersin del sonido y que causaban menor distorsin. Los avances tcnicos permitieron fabricarlos con mejores resultados. Ahora, todos los tweeters de los que vale la pena hablar son de cpula.

CPULA BLANDA.

En los 70 salieron los primeros tweeters de cpula, y por lo que he ledo, debieron ser psimos, debido a materiales como el vidrio y los fenlicos, que dan una excelente eficiencia pero una linelaidad mediocre. Mejor no hablar de los desastres del pasado, porque adems estn superados. Se han invertido muchos esfuerzos y dineros en crear ltavoces de cpula blanda que puedan competir con los de cpula rgida, y se ha conseguido. El sonido tiene la suavidad caracterstica de los materiales blandos. Los instrumentos de cuerda suenan con una gran naturalidad. Tal vez en todos los materiales no rgidos se produzca distorsin, pero pasa desapercibida en general y en algunos modelos llega a lmites que estn por debajo de los de cpula rgida. Su respuesta vara de ser muy poco lineal, lo que causa estrs auditivo, a tener una linealidad excelente, pero todo depender del modelo elejido. Los ejemplos ms claros de materiales son la tela tratada, con alguna impregnacin que le d cierta rigidez, la seda tratada con el mismo objetivo, y el Supronyl, un plstico parecido a la goma pero con una rigidez mayor. Se usa tambin en los dustcap de algunos woofers.

CPULA RGIDA.Hay dos representantes principales: aluminio y titanio. El titanio es superior, tal vez por popularidad, ya que se han conseguido hacer tweeters de aluminio con muy buenas caractersticas. El aluminio es ms barato y menos rgido. Como todo diafrgma rgido tienen el problema de la no absorcin, y la ventaja de la baja distorsin, pero a estas frecuencias la no absorcin produce acumulciones de energa en la suspensin que pueden restar claridad al sonido. Los picos de resonancia no son tan evidentes como en los woofers, a frecuencias inferiores, e incluso en el caso del aluminio, el comportamiento supersnico es muy bueno. Existen tambin tweeters de cpula cermica e incluso un modelo de diamante puro de 3/4" que extiende su respuesta hasta 100kHz, por 2800$, de Accuton. Realmente hay poco que discutir sobre la calidad de ese tweeter, con una linealidad casi perfecta y una Fs de 900Hz, y una distorsin bajsima. Las cpulas cermicas son rarezas en general. Su comportamiento es muy bueno, pero sus precios los hacen productos muy exclusivos.

LA ENFERMEDAD DE LOS ALTAVOCES Introduccin Sacar un altavoz de su rango. o Frecuencias ms bajas. Potencia Distorsion por excesivo desplazamiento lineal. Problemas asociados a Fs. Impedancia Respuesta acstica Respuesta temporal cerca de Fs o Frecuencias ms altas. o Radiacin sonora Problema concreto de los diseos dos vas.

INTRODUCCINTodos hemos comprobado lo corriente que es poner un altavoz a gran volumen y comporbar que el sonido es terriblemente chilln En los altavoces baratos de minicadenas o semejantes, esto es una constante. Da igual que tengan dos o tres vas, el sonido es terrible cuando se les sube el volumen. Suele ser debido a que no usan bobinas para eliminar los agudos que llegan al altavoz de graves. De hecho no usan nada. Adems, tampoco usan materiales absorbentes, y las cajas de aglomerado no ayudan mucho ya que dejan pasar parte del sonido creado en su interior, que son en muy alto porcentaje ondas estacionarias. Las resonancias en los altavoces tienen un comportamiento muy catico, son muy dependientes del material pero nunca son positivas para el sonido. Lo mejor es no usar el altavoz en el rango donde tenga un pico de resonancia.

SACAR UN ALTAVOZ DE SU RANGO.Los fabricantes siempre dan un rango en el que funciona el altavoz, y es normal que den otro ms reducido. El primero es en el que tiene respuesta ms o menos plana, por encima de un cierto nivel, el segundo y ms estrecho es el rango donde la distorsin no alcanza valores espantosos, o donde la potencia mxima del altavoz no se ve compormetida.

FRECUENCIAS MS BAJASBsicamente, utilizar un altavoz por debajo de su rango supone que no durar mucho tiempo, se romper la suspensin o se quemar, a no ser que se tenga previsto de manera muy controlada. Pero se puede incluso untilizar una frecuencia de corte por debajo de la frecuencia de resonancia... un woofer funciona as. Adems, en el caso de un medios o un tweeter la respuesta temporal de un diafragma tan pequeo y tan ligero es excelente comparada con la de un grande, fcido (aunque sea de carbono, a 2kHz ya es flcido) y pesado woofer. Pero hay que saber lo que se hace, no se puede cortar un tweeter con Qts=0,1 a una octava de Fs, ni tampoco un tweeter de 15W a 800Hz. Para empezar, lo ms simple tener en cuenta es la potencia.

PARMETROS THIELESMALLINTRODUCCINActualmente se conoce de manera muy detallada el comportamiento a baja frecuencia de un altavoz Se puede modelar matemticamente su comportamiento y de ah deducir cmo le afectara un tipo de caja determinado. La simulacin tiene efectos muy beneficiosos. Sobre todo desde el momento que est ayudada por un ordenador, donde la capacidad de calcular es ilimitada comparada con los clculos que hay que hacer. Se puede desarrollar una caja ptima sin tener que construir ninguna caja, en un tiempo muy corto y sin gastos. stos parmetros son muchos, en esta tabla no estn incluidos todos. Los parmetros Thielle-Small fueron descubiertos por Thielle y usados para el diseo y anlisis por Small, y en realidad son 4, Vas, Qes, Qms y Qts, con ellos ya se puede determinar el volumen ptimo de una caja:

Nombre descripcinB BI Cms Fs Le

Unidades

DefinicinFlujo magntico en el entrehierro Valor de la fuerza producida por la bobina de voz en el entrehierro ante una corriente de 1A Elasticidad de la suspensin Frecuencia a la que vibra el altavoz espontneamente ante cualquier perturbacin. Inductancia de la bobina de voz en el entrehierro. Se mide a 1kHz habitualmente, siempre que Fs sea muy diferente de 1kHz Cantidad de energa sonora radiada en la banda til de frecuencias. Se calcula tericamente, no tiene que ver ni con acoplamiento acstico ni con fenmenos de radicacin. Es diferente de SPL que se mide experimentalmente. Potencia de un sistema de referencia en el que est integrado el driver. Se determian experimentalmente. Tambin se llama System power. Potencia que se garantiza que el altavoz puede soportar durante un intervalo determinado de tiempo, 10ms es habitual, ante una seal de entrada determinada. Potencia RMS que se garantiza que el altavoz puede soportar durante un periodo prolongado de tiempo, con ruido rosa (filtrado en los tweeter) como entrada. Amortiguacin de la resonancia por motivos puramente electromagnticos Amortiguacin de la resonancia por motivos puramente mecnicos (friccin) Amortiguacin de la resonancia por ambos motivos

Flujo magntico Weber/metro^2 Factor de fuerza Newton/amperio o Weber/metro elasticidad metros/newton Frecuencia de Hertzios resonancia Inductancia de la Hernrios bobina de voz Rendimiento de -(%) referencia Potencia nominal Watios Potencia mxima Watios Potencia RMS Sobretensin elctrica Sobretensin mecnica sobretensin total Resistencia DC Resistenica mecnica Superficie de la membrana Elasticidad acstica volumen desplazado Watios Ohmios

noP Pmax Prms Qes Qms Qts Re Rms Sd Vas Vd

Resistencia DC de la bobina de voz. Es inferior a la impedancia nominal Kilogramo/segundo Resistencia mecnica de la suspensin. metros^2 metros^3 metros^3 Superficie del diafragma. Se calcula tomando como radio la distancia entre el centro del driver hasta la mitad de la suspensin. Volumen de aire con la misma elasticidad que la suspensin del altavoz Xmax*Sd. Importante para calcular el SPL mximo.

Xmax

Excursin lineal metros mxima

Z

Impedancia nominal

Ohmios

Desplazamiento lineal mximo del diafragma. Se puede calcular de varias formas, la ms correcta es la medida en la que tanto la elasticidad de la suspensin como el campo magntico son constantes dentro de un margen. En todo caso Xmax determina el desplazamiento mximo del diafragma dentro de unas condiciones que dependen del fabricante: Baja distorsin de la respuesta y/o garanta de no sobrepasar las capacidades mecnicas del driver. Imedancia que debe estar preparado Impedancia nominal. La impedancia real no debe ser menor del 80% del valor, pero puede sobrepasarse.

DETERMINACIN DE LOS PARMETROS THIELE-SMALLSe necesita un generador de seal senoidal, el ordenador vale perfctamente, y un polmetro. Hay que seguir los siguientes pasos:

1 2 3 4

Medir de manera precisa Fs, Re y Rmax. Rmax es la resistencia a la frecuencia de resonancia. Fs es el lugar donde ms alta es la impedancia del altavoz. Se puede ir barriendo con el generador de seal hasta que se encuentra. Ahora, con la siguiente frmula se debe hallar un valor de impedancia:

Es la media geomtrica de las resistencias. En los puntos que la impedancia del altavoz es ro, ah se encuentran los dos polos que definen el filtro paso alto que modela el comportamiento del altavoz. Esos puntos son dos frecuencias, f1 y f2. Ya tenemos todos los datos, ahora hallaremos los parmetros Q con las siguientes frmulas:

Y ahora queda hallar Vas. Hay dos mtodos, el de la masa y el del volumen. Para hacerlo en casa, es ms sencillo y preciso el del volumen, que se explica a continuacin. Se requiere una caja de un volumen conocido, en la que se debe colocar el altavoz. La caja debe estar perfectamente sellada, y la unin entre el altavoz y la caja no debe tener fisuras, perdera aire y las mediciones seran incorrectas. Ahora hay que volver a medir Fs y aplicar la siguiente frmula. Lo que suceder es que Fs aumentar, porque se ha aadido una elasticidad al altavoz, el volumen contenido en la caja. Se trata de ver como se modifica su respuesta bajo condiciones conocidas y as se pude llegar a saber cmo se comportar bajo otras condiciones conocidas.

En esta misma web, en el artculo "determinacin prctica de los parmetros Thilele-Small" se comentan con ms detalle mtodos y herramientas para realizar la medicin.

INTRODUCCIN A LAS CAJAS ACSTICAS Por qu son necesarias las cajas Tipos de cajas acsticas Caja sellada ms detalles Ejemplo de diseo Caja bass reflex ms detalles Ejemplo de diseo Caja con radiador pasivo Caja ELF Caja paso-banda (carga simtrica) ms detalles Ejemplo de diseo Altavoz de dipolo Caja de laberinto acstico Linea de transmisin

POR QU LOS ALTAVOCES VAN EN CAJAS?Los altavoces necesitan ir en cajas porque la membrana tiene dos lados, exterior e interior. Cuando el exterior de la membrana crea una onda, el interior crea la misma onda, pero opuesta, es decir, en fase inversa.Los graves extremos mueven una gran cantidad de aire. Cuando el exterior empuja, el inteior "tira". Para tal cantidad de aire, con presiones elevadas, es fcil que la presin del lado exterior y la "depresin" del lado interior se encuentren, dando lugar a la cancelacin del movimiento y la presin del aire. Esto se denomina cortocircuito acstico.Esto se puede comprobar fcilmente. Si se saca el altavoz de graves de la caja y se deja en el suelo, al excitar el altavoz se comprueba que los graves desaparecen, adems de obtener una calidad de sonido muy pobre.Al meter el altavoz en una caja, se elimina este problema, pero se crea otro, aunque mucho menor. La onda creada por la parte interior se refleja en el fondo de la caja, y se puede llegar a encontrar con la creada por la parte exterior, La membrana del altavoz es muy rgida y es prcticamente trasparente al sonido. La suma de la onda en diferente fase crea una onda distorsionada, en mayor o menor grado, pero siempre diferente de la onda que queremos reproducir. La solucin parece muy simple, y lo es: que el fondo del altavoz no sea paralelo al frontal, para que la onda reflejada no se junte automticamente con la onda inicial. Puede parecer asombroso que 70 aos despus de la invencin del altavoz (no de la caja) esto siga siendo asi, y realmente lo es. Fabricar cajas con formas no tan regulares como el ortoedro presenta problemas de fabricacin. No