Muchas gracias por vuestro interés, Dto. Técnico car audio acústica beyma S.A.

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1 Edita : Acustica Beyma Autor: Ricardo Ferrandis Diseño: Bru Imprime: Engloba Depósito Legal: V

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3 Introducción El interior de un automóvil, es un habitáculo difícil de sonorizar. Para alcanzar un alto rendimiento es complejo encontrar una ubicación ideal de los altavoces. La pésima colocación de los altavoces de origen, así como el precario tamaño de estos, hace que en muchas ocasiones nos resulte diificultoso conseguir un sonido ideal. Con este manual pretendemos ayudar a comprender todos estos fenómenos producidos en el interior de un vehículo, que aún siendo cotidianos, desconocemos las causas que los producen. Para finalizar damos una pequeñas nociones para la construcción de filtros pasivos y cajas acústicas pues la tendencia del mercado hace que cada día su montaje sea más común. Muchas gracias por vuestro interés, Dto. Técnico car audio acústica beyma S.A. 5

4 Índice CAPITULO I 1- Que es el sonido? 2- Interferencias acústicas en el interior del vehículo 2.1-Constructivas 2.2-Destructivas 2.3-Ondas estacionarias 3- Emplazamiento de los altavoces 4- La polaridad de los altavoces 5- El altavoz electrodinámico 6- Parámetros de un altavoz 6.1-Parámetros mínimos para el diseño de cajas 6.2-Sistemas de sonido 6.3-El tweeter 7- El subwoofer por qué? 7.1 -Emplazamiento 7.2 -Efectos límites 7.3 -Propagación y modulación 7.4 -Acoplamiento 8- Tipos de bafles 9- Elección de una caja 10- Altavoces en cajas acústicas 10.1-Comparación entre los recintos acústicos mas corrientes 11- El automóvil como entorno de audición Volumen ocupado por los altavoces Acoplamiento simétrico e isobárico 12- Construcción de una caja 12.1-Cálculo del los resonadores 13- Elección y emplazamiento de un cajón según el vehículo 14- Los filtros Tipos Cálculo de filtros Atenuación Canal central 15- La importancia de un cableado en la instalación 16- Tablas de cálculo y consulta. CAPITULO II 17- Características y cubicaje de los altavoces beyma car CAPITULO III 18- Esquemas de diferentes montajes típicos 7

5 CAPITULO I

6 1. Qué es el sonido? Nos gustaría antes de adentrarnos en el mundo del sonido explicar brevemente algunos conceptos técnicos en los cuales, el hecho de ser utilizados comúnmente nos hace que se dé por entendido su significado, cuando en muchas ocasiones se desconoce su significado real. Se da el nombre de frecuencia al numero de veces que algo se repite de una manera periódica en un segundo. Un pasaje musical puede estar compuesto de muchas frecuencias, cada una de diferente amplitud. El sonido tiene una medida internacional para medir su nivel, a esta unidad se le llama Bel, en honor a Graham Bell. Al ser de una magnitud muy grande, normalmente se emplea el decibel db (o sea la décima parte). El decibelio es la relación entre una presión acústica respecto a otra predeterminada o de referencia, ambas expresadas en la unidad de presión, el Pascal. Normalmente se toma como referencia 20 micropascales que equivalen al umbral mínimo de audición, esto es 0 db 11

7 En el siguiente gráfico mostramos qué rango de frecuencias reproducen los instrumentos más comunes, esto puede ser de gran ayuda para situarlos en la escena sonora cuando se ajuste un vehiculo. 12

8 Las ondas sonoras se propagan a una velocidad fija, esto hace que si la distancia de la fuente (altavoz) a nuestro oído es grande se produzca un retardo hasta que el sonido llega a nuestro tímpano (recordemos lo del trueno y el rayo). En un automóvil las distancias son muy cortas, por ello el tiempo de retardo es muy pequeño, pero aún así, se da el efecto de que el conductor escucha más el altavoz más próximo a él, por lo cual los altavoces están a menudo balanceados al lado opuesto. Esto es debido a diferencias de fase en el punto de escucha y a los obstáculos que interfieren el nivel de presión sonora. En la fig. 2 podéis apreciar la diferencia de tiempo de retardo. figura 2 13

9 La velocidad del sonido varía en función del medio y de las temperaturas en las que se propague, por ejemplo: material poroso 50m/s aire a 0º 330m/s aire a 20º 340m/s aire a 23º 345m/s Esto hace que algunos vehículos reproduzcan o absorban mejor o peor algunas frecuencias, en función de sus tapizados, aislamientos, etc. Por ejemplo, suponemos que habréis experimentado alguna vez que estando alguna noche en un vehículo escuchando el equipo tranquilamente hayáis pensado, este equipo suena hoy mejor que nunca!, esto es debido posiblemente a la diferencia de humedad, temperatura y ruido ambiente. 14

10 2. Interferencias acústicas en el interior de un vehículo Cuando dos o mas ondas se interfieren, puede ocurrir que se sumen o se cancelen en función de su fase y frecuencia. Este tipo de interferencias puede ser constructiva o destructiva. 2.1 Interferencia constructiva se da cuando se encuentran dos ondas con la misma frecuencia, fase y amplitud esto hace que se sumen causando un aumento de nivel sonoro. 2.2 Interferencia destructiva ocurre cuando las ondas están desfasadas y al sumarse se produce una cancelación entre ellas. Esto produce que muchas veces al ajustar un equipo de audio con un analizador RTA se descubre algún valle en determinada frecuencia, aunque intentemos eliminar esta merma con un ecualizador no se consegue ninguna mejoría, incluso el resultado empeora. El problema viene dado por una interferencia destructiva y probablemente con solo variar la dirección, o la fase de un determinado altavoz respecto a los otros se logra solucionar el problema. 15

11 2.3 Ondas estacionarias 2.3 Ondas estacionarias Existen otro tipo de interferencias llamadas estacionarias, estas se crean al rebotar entre dos superficies paralelas de manera que la frecuencia cuya longitud de onda coincida con la separación de las dos superficies o sea un multiplo de ellas se verá reforzada en algunos puntos y atenuada en otros. Esto ocasiona que la percepción del sonido cambie drásticamente en función del punto de escucha. 16

12 En un automóvil se da ha menudo dos casos que crean estas situaciones: 1) Cuando por el tipo de montaje (bandeja trasera, salpicadero) el sonido es reflejado en el cristal. 2) Ondas de baja frecuencia causadas por el limitado tamaño del habitáculo y por las estructuras metálicas del vehiculo que dan lugar a la llamada resonancia de cavidad. 17

13 3- Emplazamiento de los altavoces Al diseñar un sistema de sonido de alto nivel, el emplazamiento de los altavoces tiene un efecto muy importante sobre la imagen estéreo. Una disposición en eje (vertical) respecto al oyente nos dará una mayor calidad sonora. El instalar un sistema multivías en posición horizontal o vertical será un determinante de la calidad de la imagen estéreo. Os presentamos un ejemplo, situaros en casa, en un salón sentados en el centro con los altavoces frente a vosotros y orientados a este centro, se formaría una especie de semicírculo de unos 180º y el sonido estaría alineado con los oídos del oyente. Esto nos daría aproximadamente los limites del campo que crearía una actuación en vivo. 18

14 Si nos damos cuenta, una disposición horizontal ensancharía unos 20 grados el ángulo de escucha. En un automóvil la posición de escucha fuera del centro representa un problema grave pues produce un empobrecimiento de la imagen estéreo y en algún punto puede llegar a ser monoaural. El sonido radiado desde un mismo eje vertical crea una mejor imagen estéreo, pues la separación entre los centros acústicos derecho e izquierdo es ideal. Aunque posiblemente la disposición horizontal crea un mejor foco de sonido, en un espacio de dimensiones considerables en el automóvil donde las distancias son mínimas el resultado no es el esperado. 19

15 4- La polaridad de los altavoces: En un sistema de audio todos los altavoces deberían estar conectados en fase (es decir que todos deberían moverse en el mismo sentido). Un cambio de polaridad en alguno de los altavoces puede empobrecer la imagen estéreo y si es en un woofer el efecto es mayor aún porque hace que desaparezcan los graves. Existen en el mercado unos comprobadores para la polaridad que generando un pulso que es reproducido por el altavoz y aplicando un micro a este nos detectan si esta es correcta o incorrecta. Si no se dispone de este comprobador hay una manera muy sencilla de poder comprobar la polaridad. Aplicando el polo positivo de una pila de 1,5 v al cable + del altavoz y el negativo al cable -, observando el movimiento del cono, este deberá desplazarse hacia fuera. Si es así, la polaridad es la correcta, si va al contrario deberemos invertir los cables en la salida de audio. No es aconsejable comprobar los tweeter con este sistema. En el caso de que se disponga de un subwoofer en el maletero, debemos probar a conectarlo de las dos maneras, para ver cual es la que nos ofrece un mejor sonido. Esto es debido a que se produce un solapamiento de las frecuencias y puede generar el efecto de que el subwoofer nos suene en el maletero o se desplace a la parte frontal del vehículo. Deberemos tener en cuenta que los filtros y circuitos electrónicos también pueden producir un desfase en la señal, por ello aunque la polaridad sea la correcta en muchos casos es conveniente cambiarla para mejorar el sonido. 20

16 5- El altavoz electrodinámico El funcionamiento de un altavoz es muy simple, cuando aplicamos una señal eléctrica a este, la bobina genera un campo magnético, al estar esta dentro de otro campo magnético que es el del imán esto hace que se genere una fuerza que desplazara la bobina en sentido perpendicular a este campo, desplazando asimismo el diafragma. Así pues al desplazarse la membrana de una determinada forma, se crearan unas vibraciones, o diferencias de presión del aire que serán propagadas hasta llegar a nuestro oído. A continuación os mostramos un altavoz seccionado para que podáis ver los diferentes elementos que lo componen. Seccionado de las partes que componen un altavoz 21

17 6- Parámetros de un altavoz Parte de las características de un altavoz vienen definidas por unos parámetros llamados Thiele/Small y electro mecánicos A continuación vamos a describir brevemente estos parámetros: Fs - Es la frecuencia de resonancia natural del altavoz Qts - Es la q total del altavoz. Este es un factor de calidad que es usado como indicador de las características de resonancia y amortiguación del altavoz Vas - Compliancia (elasticidad) acústica del altavoz, expresada como un volumen de aire teniendo la misma elasticidad que la suspensión del altavoz Sd Vd - Es la superficie efectiva del diafragma del altavoz - Volumen máximo de aire que el diafragma del altavoz puede desplazar Xmax - La excursión de pico del altavoz (desplazamiento de la bobina).este es un termino muy importante, pues es uno de los factores que determina la capacidad de potencia eléctrica del altavoz Sensibilidad - Es la presión acústica desarrollada por el altavoz medida generalmente con un vatio ó 2.83v a una distancia de un metro Re. cms - Es la resistencia de la bobina del altavoz - Compliancia de las suspensiones del altavoz Qms Factor de pérdidas mecánico Resistencia rms - Resistencia mecánica Qes - Factor de perdidas eléctricas Rango frecuencias el altavoz - Es el margen de frecuencias que es capaz de reproducir Rendimiento nº(eficiencia) energía eléctrica en acústica - Nos indica la relación de transformación de 22

18 Impedancia - Es la resistencia de la bobina del altavoz en AC Le - Inductancia de la bobina del altavoz Factor bl - Es el factor de fuerza realizado por el motor del altavoz formado por el imán y la bobina Mms ambos lados - La masa móvil total incluyendo el aire que desplaza el cono en 6.1 Parámetros para el diseño de cajas acústica De todos estos parámetros que os hemos descrito, según el programa de diseño utilizado, serán necesarios solo algunos, que son básicos: fs vas qts eficiencia sensibilidad Por supuesto cuando más datos utilizemos mas se podrá optimizar el cálculo de la caja. 6.2 Sistemas de sonido Al diseñar un sistema de sonido de dos o tres vías, es muy importante seleccionar bien el cruce de frecuencias para que los altavoces, woofers, medios y tweeter trabajen siempre dentro de su rango de trabajo óptimo. Estas especificaciones técnicas siempre vienen dadas por el fabricante, pero por regla general son desatendidas al realizar una instalación, es de gran importancia prestar atención a estas especificaciones. Por ejemplo un woofer que trabaje entre 25 y 800 hz nunca lo deberemos utilizar para un kit delantero de dos vías, deberemos buscar un altavoz que como mínimo trabaje de 20 a 3000 hz y por supuesto lo deberemos cortar con un filtro adecuado. 6.3 El tweeter 6.3 El tweeter Es la principal víctima de todo montaje, independientemente de la calidad y la potencia de un tweeter, un 80% de las roturas se producen por mal filtraje y no por potencia, como se suele pensar. Debemos tener en cuenta lo siguiente, los tweeters son altavoces destinados a reproducir altas frecuencias de audio, aproximadamente de 2kh hasta 22kh, es por ello que el material elegido para su construcción debe ser ligero para ofrecernos la mayor fidelidad posible al reproducir estas frecuencias. 23

19 Cuando a causa de un mal filtraje permitimos el paso de frecuencias medias o bajas, estas hacen que la membrana del tweeter se desplace demasiado y debido a la fina sección del hilo que compone la bobina, esta se corta. Esta es una de las averías más típicas. A esto deberíamos añadir muchas veces la baja calidad y alta distorsión de los amplificadores seleccionados que es otra gran causa de roturas. Otro factor a tener en cuenta al seleccionar la frecuencia de corte es la pendiente de atenuación del filtro (6 db, 12db o 18 db), puesto que cuando menor sea la pendiente mayor será el paso de frecuencias no deseadas y estaremos limitando más la potencia que soportará el tweeter y tambien su duración, como mínimo se recomienda siempre el uso de filtros de 12 db para este tipo de altavoces. En un filtro de tres vías por lo general la potencia se reparte aproximadamente de la siguiente forma. Aunque esto puede cambiar en función de las frecuencias de corte elegidas. 24

20 Así podemos comprender que el motivo por el que se deterioran los tweeters,no es por lo general poque aguanten poca potencia, si no por lo expuesto anteriormente, distorsión y mal filtraje Protección de tweeters Existen en el mercado unos sistemas de protección para los tweeters que también nos pueden ayudar a proteger estos delicados altavoces del mal uso y la saturación a la que algunos usuarios los hacen trabajar. Un ejemplo es el ftx 1p de beyma, que intercalado en serie con el tweeter cuando detecta un aumento excesivo de corriente, recorta el paso de la señal impidiendo así que la bobina sufra y pueda cortarse. 25

21 7- El subwoofer por qué? Probablemente la mejor opción que disponemos para aumentar el rendimiento de un equipo de audio es añadir un subwoofer. Estos proporcionan a un equipo de audio la pegada y profundidad en graves que los altavoces normales no reproducen. En el interior de un automóvil, la importancia de un subwoofer es mayor, pues debido a los ruidos generados por el vehículo en movimiento, la absorción de los materiales y el ruido ambiente, las frecuencias por debajo de unos 100 hz quedan enmascaradas. Si a esto añadimos que el oído humano también es menos sensible a las frecuencias bajas que a las medias y altas veremos que la importancia de un subwoofer es clara. 26

22 En la figura siguiente podemos observar la curva del ruido producido por un vehículo en movimiento. 7.1Emplazamiento del subwoofer Si disponemos de un cajón de graves en el maletero de un vehículo, apreciaremos que suena diferente (más grave o menos) según donde se emplace. Estas diferencias, aumentan si el mismo cajón se prueba en dos coches diferentes. Todo esto tiene su explicación: a este efecto se le llama carga. Como ya se explicó anteriormente, en un vehículo el emplazamiento de los altavoces afecta la respuesta en frecuencia y la imagen. Con los subwoofers ocurre lo mismo. Aunque en estos no sea fundamental el tamaño del habitáculo, si hay algunos factores que nos pueden favorecer. 27

23 En los siguientes ejemplos podemos observar el efecto de un subwoofer instalado en la bandeja de un vehículo. Con el maletero cerrado los graves son profundos y al abrirlo la carga cambia drasticamente. 28

24 7.2 Efectos límites El lugar donde coloquemos el subwoofer en el maletero de un vehículo puede tener una influencia drástica en el resultado de la potencia acústica. Si este está ubicado en el centro, pegado a la pared, puede aumentar 3 db la potencia, si lo desplazamos a un rincón podremos obtener 6 db; esto seria equivalente a aumentar 4 veces la potencia del amplificador. Si bien estos aumentos estarían limitados a determinadas frecuencias en función de su longitud de onda. Este dibujo muestra la importancia del emplazamiento de un cajón de subgraves en un vehículo. 29

25 7.3 Propagación y modulación Como en un automóvil, el habitáculo de escucha es muy pequeño, la distancia entre los altavoces genera efectos positivos y negativos. La intensidad del sonido es mayor porque estamos muy cerca de los altavoces, pero la propagación de las bajas frecuencias es mas débil. Al escuchar un equipo hi-fi, alejándonos de los altavoces apreciaremos que los graves son mas profundos. Esto es debido a que las frecuencias viajan a una velocidad fija, y la distancia entre el altavoz y el oyente debería ser de al menos de un 1/4 de la longitud de onda. Puesto que en ese punto tendremos un nivel máximo de presión. La formula para calcular la longitud de onda es la siguiente: l = v / f Donde : f=frecuencia v= velocidad del sonido (340m/s) l= longitud de onda Las frecuencias mas bajas tienen una longitud de onda mayor. Es por lo que un subwoofer, debe mover una cantidad de aire suficiente para que se provoque un cambio ambiental de la presión del aire en función de la frecuencia. Esto hace que nuestros oídos perciban las ondas sonoras. Las partículas de aire moduladas también excitan otros sensores en nuestro cuerpo que nos hacen percibir las bajas frecuencias. Estos efectos por desgracia también modulan la estructura metálica del vehículo, dando lugar a vibraciones que distorsionan y enturbian la señal de audio. 7.4 Acoplamiento En las grabaciones de audio, por lo general las frecuencias inferiores a 100 hz son grabadas en mono. Cuando en un automóvil coloquemos varios subwoofers, podemos mejorar la eficiencia colocando los altavoces tan cerca unos de otros como sea posible y calculando el cajón de forma que sea compartido por parejas. En algunos casos la eficiencia podría incrementarse en unos tres db. 30

26 Al ser una señal monofónica lo que queremos reproducir, si colocamos los altavoces lo mas juntos posible conseguiremos una mejor propagación de las ondas sonoras. No ocurre lo mismo con las frecuencias media y agudas, debemos recordad siempre cuando instalemos una bandeja de tres vías, colocar los altavoces de graves juntos en el centro, medios y agudos en los extremos para aumentar la escena musical y la separación estéreo. 31

27 8- Tipos de bafles Todos los altavoces emiten dos ondas acústicas, una frontal y otra posterior. Estas son iguales, pero opuestasen su fase. Por lo cual si estas ondas interfieren entre si se cancelarían mutuamente. Por este motivo deben ser aisladas para conseguir que solo una de ellas llegue a la zona de audición. La forma más sencilla de conseguir esto es mediante una caja o bafle. Bafle infinito Se le llama así cuando el altavoz dispone de una caja de gran tamaño (normalmente cuando se instala en una bandeja trasera), de forma que esta influye en la menor medida posible en el altavoz. Este sistema de montaje es aconsejable para altavoces con parámetros que permitan utilizarlos a volúmenes elevados, con una baja fs (20-40 hz) y un alto qts(o, 5-1). Son los comúnmente llamados free air, y es aconsejable que la superficie donde estén sujetos sea lo más rígida posible y que esta no permita la comunicación entre el maletero y el habitáculo de los pasajeros. 32

28 9- Elección de una caja acústica En principio no se podría afirmar que tipo de caja es mejor que otra puesto que cada una es adecuada para un tipo de usuario o escucha especifica. La regla principal para diseñar una caja es que cuanto más simple sea la carga (bafle infinito, caja hermética), más lineal será la respuesta y la fase, y menor la presión. Este tipo de bafle reproduce un sonido más fiel al original, puesto que tiene una respuesta más rápida y ocasionara un menor cansancio de audición. Esta caja es aconsejable para tipos de música mas lineal, por ejemplo los puristas y amantes de la música clásica. Si se elige una caja de carga mas compleja (reflex, isobárica) la respuesta a transitorios y la calidad del sonido empeorará, por el contrario obtendremos una mejor respuesta en frecuencia y una menor distorsión de intermodulación. El sonido será más dinámico y menos natural. Este tipo de caja es más aconsejable para tipos de música con mas contenido en bajas frecuencias como por ejemplo la música pop y disco. Al elegir un tipo de caja, se debe tener en cuenta que en una cerrada, el altavoz está mas controlado, la excursión del cono es menor, y por lo tanto la vida del altavoz con usuarios mas agresivos, puede ser más larga. En el dibujo siguiente se muestran los modelos de cajas acústicas mas comunmente utilizados. 33

29 10- Altavoces en cajas acústicas Por regla general obtendremos mejores resultados si utilizamos un altavoz montado en una caja acústica que en una bandeja. Esto es debido a que el volumen del espacio de carga es mucho más rígido que el del maletero, además nos permite calcular aproximadamente el rendimiento acústico y esto aumenta la posibilidad de conseguir un resultado satisfactorio. Por el contrario presenta la desventaja de reducir el espacio libre en el maletero del automóvil. Caja hermética Es el tipo de caja más sencilla de construir, puesto que lo único necesario es instalar el altavoz en una caja hermética con unos determinados litros. Ventajas: excelente control del altavoz gestión de potencia adecuada a todas las frecuencias diseño simple recinto acústico pequeño alta admisión de potencia sonido mas real y más agradable de escucha Desventajas: menor presión sonora en frecuencias bajas requiere mas potencia punto de corte (- 3 db ) alto Cuando menor sea el volumen de carga, perderemos eficacia en bajas frecuencias y ganaremos en la gama de medios graves, además necesitaremos mas potencia para alcanzar el mismo nivel de presión en las frecuencias graves. Los altavoces que mejor se adaptan a este tipo de caja son los que poseen un qts no inferior a 0.5 y una fs baja, alrededor de hz caja cerrada 34

30 Caja acústica reflex La diferencia entre una caja hermética y una reflex consiste en incorporar a la segunda un tubo de un diámetro y longitud adecuados. Esta abertura es un resonador acústico, utilizando el aire de su interior como un muelle que hace que el volumen de aire de la caja y la masa del cono del altavoz resuenen a una frecuencia determinada. En esa frecuencia el movimiento del cono es mínimo y prácticamente, todo el sonido es producido por el tubo reflex. Ventajas mejor rendimiento que la hermética ( aprox. 3 d B ) spl máximo mas elevado en frecuencias próximas a la fs respuesta en frecuencia más ancha y ajustable Desventajas: diseño más complejo peor control del cono Si se busca una respuesta mas amortiguada y rápida, se puede reducir la frecuencia de trabajo aumentando la longitud del tubo. Si lo acortamos se producirá una resonancia mas marcada. Los altavoces más idóneos para este tipo de cajas deben poseer unas frecuencias de resonancia, entre hz y un qts no superior a 0.4. caja reflex 35

31 Paso banda de cuarto y sexto orden En estos dos tipo de carga, cada uno de los lados del altavoz trabaja con su propio volumen. Normalmente la carga de la parte posterior es una caja reflex optimizada y el lado frontal trabaja como caja hermética en la de cuarto orden y como reflex en la de sexto orden. En este sistema el altavoz no radia directamente sino que actúa sobre los resonadores. La curva que obtendremos será en forma de campana con una pendiente de 24 db/oct en el caso de la simétrica y de 36 db/oct en la de sexto orden Teóricamente estos sistemas son los mejores a la hora de construir un cajón de subgraves, tienen un mayor control del diafragma del altavoz, prácticamente se autofiltran (no es necesario añadir un filtro pasivo de calidad). Los altavoces mas adecuados para la carga simétrica suelen tener la fo entre los 20 y 80 hz y un qts entre 0,25 y 0,45. Para el sistema reflex doble se requiere una fs similar, pero el qts deberá ser mas bajo para compensar la pérdida de atenuación debida a la ausencia de una cámara hermética. Es aconsejable en estas cajas la mínima utilización de aislante acústico. Paso banda de cuarto orden 36

32 Paso banda cuarto orden Ventajas Pequeño volumen de carga buena respuesta en frecuencia limitación del desplazamiento del cono respuesta paso-bajo parcialmente filtrada Desventajas Emisiones espureas en la respuesta lo que hace necesario un filtro pasa bajos con un corte igual al doble de la f3 y una pendiente de 18db Paso banda de sexto orden Paso banda a sexto orden ventajas excelente control de desplazamiento respuesta pasa bajo filtrada se pueden obtener altas presiones con altavoces de dimensiones reducidas Desventajas volumen de trabajo alto reducido control del cono por debajo de la frecuencia de trabajo mínima 37

33 10.1 Comparación entre los recintos acústicos más corrientes A continuación vamos a mostraros algunos gráficos que os pueden ser de ayuda para comprender mas fácilmente las diferencias entre las diferentes configuraciones de cajas: En los gráficos reflex y doble, se aprecia que estas cargas no son capaces de limitar el desplazamiento del cono en las primeras zonas del espectro acústico,por debajo de la frecuencia de trabajo es como si la caja estuviera abierta, por lo cual toda la energía recibida por el altavoz se transforma en movimiento no productivo, y en un sobrecalentamiento de la bobina, sin producir sonido alguno. Por este motivo seria aconsejable que cuando se utilice este tipo de cajas se realice un filtrado de estas frecuencias (subsonicas) con un pasa altos con una fc aproximadamente igual a la mitad de la frecuencia de trabajo inferior y por supuesto nunca se debe utilizar un pasa bajos con corte inferior a la frecuencia de trabajo. 38

34 11- El automóvil como entorno de audición El diseño de cajas acústicas con programas de ordenador, se basa en unos parámetros cuyo significado ya hemos explicado Pero estos parámetros se obtuvieron a partir de un modelo teórico de bafle infinito. Es por ello, que al diseñar un bafle, debemos pensar que el habitáculo del automóvil posee un volumen definido y que por ello las condiciones de trabajo no serán las mismas. En un automóvil, las paredes próximas a la fuente de sonido, pueden reflejar las ondas sonoras hacia el entorno de audición reforzando el nivel de escucha (como ya describimos anteriormente) aumentando este unos 6 db, aunque le añaden también un retardo y por lo tanto un desfase. Por lo tanto debéis tener en cuenta que el cajón diseñado resonaráen el automóvil con un nivel de presión superior al simulado por ordenador para un bafle infinito, además la respuesta en frecuencia se vera ecualizada como se muestra en los siguientes gráficos. 39

35 11.1 Volumen ocupado por los altavoces Cuando calculemos las dimensiones de una caja, siempre debemos referirnos al volumen interno. Si añadiésemos algún cuerpo sólido en su interior, siempre debemos restar el volumen ocupado por este. No debemos olvidar por tanto el volumen ocupado por el imán chasis y cono del altavoz. V. interno = V caja + volumen del altavoz También debemos considerar, si rellenamos el interior con fibra de vidrio, puesto que el efecto de esta es el contrario, o sea nos aumentaría artificialmente el volumen, debido a que se reduciría la velocidad del aire. En el caso de que la caja sea reflex, este material se deberá emplear solo en las paredes de la caja, en planchas gruesas y el incremento que nos producirá, será aproximadamente de un 15-20% del volumen total. Si por el contrario la caja va a ser sellada, se deberá rellenar totalmente de fibra dejando un pequeño espacio libre tras el altavoz. Esto nos incrementara el volumen de la caja en un 20% aproximadamente, dependiendo de la densidad de la fibra Acoplamiento simétrico e isobarico A continuación presentamos otras dos configuraciones de montaje: Simétrico. Consiste en acoplar dos altavoces idénticos por la parte del cono. Los dos conos, orientados en sentido opuesta se desplazan en una misma dirección. Ventajas: eliminación de distorsiones Desventajas: se reduce a la mitad el volumen de trabajo se pierden 6 db de eficiencia ya que solo radia uno de los conos se duplica el coste para la misma presión isobárico. Los altavoces deben ser idénticos pero se acoplan por la parte posterior en lugar de la frontal y deben ir enlazados por un volumen de aire. Dependiendo de si el enlace es simétrico o asimétrico tendremos las mismas ventajas e inconvenientes que en estos tipos de acoplamiento. 40

36 12- Construcción de una caja A continuación repasaremos unas nociones para la construcción de cajas acústicas: Para conseguir una calidad excepcional en la reproducción de las bajas frecuencias, la caja no debe añadir un enturbamiento de la señal con vibraciones no deseadas. Por este motivo es importante construir las cajas con el mayor esmero y utilizando solo los materiales adecuados. Para conseguir una caja rígida, es importante que el grosor del material sea como mínimo de mm, debemos evitar que las paredes sean paralelas para evitar efectos rebote, y deben estar completamente selladas todas sus uniones. Para su construcción podéis utilizar: madera aglomerada 19 mm contrachapado varias capas fibra mdf (la mas compacta) La fibra mdf también llamada iberpan o dm es la mejor opción debido a su elevada densidad. Las colas mas adecuadas son las típicas colas de carpintero. Deberemos sellar las uniones también con silicona para garantizar que estas son completamente herméticas. Es mejor utilizar mechones de madera además de tornillos para el ensamblado de los paneles. Es aconsejable también encolar o colocar una pequeña junta de goma entre el altavoz y la madera antes de atornillarlo ya que así será mejor el contacto. Para el relleno se puede utilizar la clásica fibra de vidrio o la de poliester y como mejor opción la de coton. La sección del cable deberá ser de cómo mínimo 2.5mm y de gran flexibilidad. Una caja de calidad se reconoce de inmediato si golpeamos uno de sus paneles el sonido debe ser seco y amortiguado, sin reverberaciones. 41

37 Ejemplo para la construcción de caja acústica 12.1 Calculo del tubo Bass reflex En las cajas Bass reflex el tubo o puerto es el encargado de sintonizar la frecuencia de resonancia de la caja. Según el tamaño de subwoofer el diámetro del tubo deberá tener unas dimensiones mínimas: Altavoz de a 8 cm. Altavoz de a 10cm. Altavoz de a 15 cm. Altavoz de a 15 cm. La formula para calcular el tubo reflex es la siguiente : L=longitud del puerto en cm. D=diametro interior del puerto en cm Vd= volumen neto de la caja en litros Fc=frecuencia de resonancia en hz 42

38 13- Elección y emplazamiento del cajón según el vehículo En primer lugar, elegiremos el tipo de caja según nuestras preferencias musicales y el tipo de vehículo, como se vio en el apartado elección de una caja acústica. Debemos tener en cuenta también los parámetros del altavoz y elegir el que mejores prestaciones tenga para este tipo de caja (no todos funcionan igual en caja cerrada que en Bass reflex). Para esto hay una formula de cálculo muy sencilla: ebp = fs / qes ebp es menor que 50 el cajón debe ser cerrado ebp esta entre 50 y 100 la caja puede ser cerrada o reflex ebp es mayor que 100 la caja debe ser reflex Esto no quiere decir que os tengáis que ceñir a rajatabla, pero el rendimiento no será el mismo. Dependiendo de nuestros gustos musicales, para la música rock y disco normalmente la caja será de dimensiones mas reducidas y la fs más alta, mientras que si buscamos mas presión acústica en frecuencias bajas el volumen deberá ser mayor y la fs más baja. La ubicación idónea del subwoofer en coches pequeños con bandeja debería ser la del cono orientado hacia el portón trasero, en vehículos sedan o de maletero sellado este debe ir en sentido contrario, es decir hacia los asientos pero guardando siempre una distancia con estos, en vehículos monovolumen la situación seria en el respaldo del asiento trasero radiando hacia el portón. Para los vehículos en los que el maletero va completamente sellado y la rigidez del metal es mayor, es aconsejable la construcción de una caja hermética o isobárica.si la caja fuese reflex ubicar la salida reflex si es posible en la bandeja del vehículo haciendo un orificio en esta. 43

39 14- Los filtros Qué es un filtro? Un filtro es un circuito que nos limita el paso de una señal, según su frecuencia, su función es la de dejar pasar unas determinadas frecuencias y frenar otras Tipos de filtros: Pasivos.- Son filtros fabricados como su nombre indica con componentes pasivos, resistencias, condensadores, bobinas. Estos filtros no necesitan ser alimentados y pueden introducir perdidas debido a las tolerancias de los componentes, por ello es aconsejable la utilización de componentes de alta calidad en su fabricación. Activos.- Están construidos con componentes activos, transistores, operacionales y necesitan una alimentación externa a la señal de audio. Nos permiten modificar las señales antes de amplificarlas y pueden incorporar también ecualizaciones en sus controles, así mismo permiten controlar el nivel de salida. Por desgracia también son más sensibles a las interferencias (parásitos) y suelen generar ruido de fondo. Digitales.- Suelen usarse en reproductores de CD y procesadores de señal, modifican la señal manipulando la información digital. A continuación vamos a estudiar el diseño de filtros pasivos, puesto que son los más comúnmente utilizados. Tipos de filtros pasivos: Tipos de filtros pasivos: Estos filtros se pueden dividir según la pendiente de atenuación que presenten, 6 db, 12db, 18 db, etc., en los siguientes tipos. 44

40 Filtro pasa altos.- Es el que atenua el paso de las frecuencias inferiores al cruce seleccionado Filtros pasa bajos.- Es el que atenua el paso de las frecuencias superiores a las de cruce seleccionado. Filtros pasabanda.- Son los que permiten el paso de frecuencias entre dos cortes, es decir son la unión de los dos anteriores. Un filtro en función de su pendiente de corte puede ser calificado de 1er orden, 2º orden etc. como veremos en el apartado siguiente. 45

41 14.2 Calculo de filtros Filtros de 1er. Orden.- Este filtro es el mas utilizado puesto que solo requiere dos componentes para una configuración de 2 vías Donde f3 es la frecuencia de cruce deseada, C y L son los valores de la capacidad y la inductancia y R la impedancia del altavoz. Debo hacer hincapié en una cuestión muy importante, como hemos visto en la Fórmulaanterior la impedancia del altavoz afecta a la frecuencia de corte, por ello no debemos utilizar el mismo filtro para un altavoz de 4 ohmios, 8 ohmios etc., Así mismo no se debe utilizar un filtro de dos o tres vías y mas de 12 db dejando alguna de sus salidas sin carga, puesto que alteraríamos su funcionamiento. En las paginas siguientes, os aportamos una relación de los valores de condensadores y resistencias necesarios según la frecuencia de corte deseada para que podáis realizar vuestros propios filtros. Filtros de 2º orden.- En este tipo de filtros el diseño es más complejo pues se requieren dos componentes resistivos, estos componentes forman un circuito que provoca una atenuación de las frecuencias fuera del pasabanda con una pendiente de 12 db octava. La formula para el calculo de esta frecuencia es: 46

42 Como se puede observar, la frecuencia de resonancia viene dada por el producto de L y C. Por tanto es posible utilizar cualquier combinación de ambos valores siempre que nos de la frecuencia deseada.. Según esto, el comportamiento del filtro sería el mismo con unos valores que con otros, pero en la practica esto no es así. A esta diferencia que caracteriza la respuesta de los filtros se le denomina Q. ( factor de calidad ) La Q de un circuito nos define las características resonantes del mismo. Para cada valor diferente de la Q de un filtro las características de respuesta y fase son diferentes, por ello nos vamos a centrar solamente en el diseño de los dos tipos mas utilizados en las aplicaciones de car audio. 47

43 Filtro butterworth: este filtro se caracteriza por mantener una transferencia plana de la potencia, su pendiente de cruce es mas suave. Por ello será más efectivo en las aplicaciones en las que el sonido nos llegue reflejado (salpicadero, bandeja trasera). Filtro linkwitz riley: la característica de este filtro es que su respuesta en frecuencias es plana, tiene una pendiente de cruce mas abrupta y mayor rizado. Por ello es más aconsejable en los casos en que el sonido nos llega directamente (puertas o montajes en eje). A la hora de diseñar un filtro, hay otro factor que debemos tener en cuenta. En una configuración de dos o tres vías, la sensibilidad de los altavoces no es la misma, por ejemplo, el woofer tendrá 86 db, el medio 89 db y el tweeter 96, para conseguir una respuesta equitativa en todas las frecuencias deberíamos atenuar los altavoces que más sensibilidad tengan. 48

44 14.3 Atenuación Hay dos maneras de atenuar un altavoz: Atenuación en l.- Es el modo mas indicado de reducir el nivel, podemos calcular los valores de las resistencias con la siguiente tabla en función de los db que deseemos atenuar. Un factor muy importante que también debemos tener en cuenta, es la potencia que van a disipar las resistencias que vamos a utilizar. 49

45 Atenuación en serie.- Un altavoz se puede atenuar también simplemente añadiéndole una resistencia en serie. A continuación mostramos una tabla para poder efectuar este cálculo. En las últimas páginas de este manual podemos encontrar unas tablas de atenuación con los valores ya calculados para diferentes impedancias. Filtros trimode. Filtros trimode.- En la actualidad y debido a que los amplificadores pueden soportar impedancias de trabajo por debajo de los 4 ohmios se están utilizando un tipo de filtro llamado trimode, este es un filtro que trabaja en configuración estéreo y mono a la vez y se compone de dos pasa altos y un pasa bajo. Un ejemplo es el modelo ASF2L de beyma, este filtro dispone de dos salidas estéreo filtradas a partir de 100 hz y una salida mono filtrada por debajo de los 100 hz. Este tipo de filtros son muy útiles pues nos permiten añadir un subwoofer a una configuración de dos altavoces con una sola etapa de potencia de 2 salidas. 50

46 14.4 Canal central Otra variante de filtro de posible utilización es la del filtro pasa-banda para la construcción de un canal central. El canal central normalmente esta formado por un altavoz de pequeño diámetro que normalmente va instalado en el salpicadero y es utilizado para mejorar la imagen estéreo y centrarnos el sonido. Este va conectado en puente con los canales derecho e izquierdo para obtener la suma de ambos canales. También debe ser atenuado para evitar que resalte sobre los otros altavoces. A continuación podemos ver un diseño para una frecuencia entre unos 600 y 6000 hz, se pueden modificar estos valores si deseamos otras frecuencias de trabajo. En este ejemplo la señal es atenuada con una resistencia de 20 Ohms. La respuesta de frecuencia está entre Hz 51

47 Al realizar el diseño de un filtro es mejor utilizar condensadores bipolares o poliester a ser posible y con un voltaje de voltios como mínimo. Las bobinas a ser posible deben ser de núcleo de aire pues soportan mayor corriente y son menos sensibles a la saturación que se produce en las de núcleo de ferrita y que da lugar a distorsiones molestas. También debemos tener en cuenta que todos los filtros pasivos generan un desfase de 90 grados si son de 6 db y de 180 grados si son de 12 db, por ello os aconsejo que siempre probemos a desfasar los tweeter en un sistema de sonido para ver que manera suenan mejor (ojo todos los tweeters del vehículo deben tener la misma fase). Lo mismo os ocurrirá cuando conectéis un subwoofer, si apreciamos que el grave no es lo bastante profundo debemos invertir la polaridad de este para ver si se aprecia alguna mejoría. 52

48 15- La importancia del cableado en una instalación Cuando realicemos la instalación de uno o varios amplificadores, un factor muy importante para el éxito del montaje es la alimentación del equipo. Junto con la capacidad de la batería del vehículo, la sección del cableado utilizado es primordial. La sección del cable de alimentación que utilicemos debe ser capaz de soportar el paso de la corriente suficiente para alimentar al equipo. Para calcular la sección necesaria hay dos factores primordiales, uno es la longitud del cable y el otro es la potencia total del equipo de audio. La formula utilizada para este calculo es la siguiente: i= potencia total (p1+p2+ pn) / 0.5 x 13,2 Donde i= corriente absorbida por el equipo (p1+p2+pn) n= 0,5. Rendimiento del amplificador v= 13,2 v voltaje nominal de la batería Por ejemplo, si contamos con dos amplificadores en el vehículo, uno de cuatro canales 4x100w =400w rms y otro para un subgrave de 2x300w=600w I= / 0,5 x 13,2 = 151,51 amperios Teniendo ya calculada la corriente total absorbida por el equipo y con tabla A que encontraremos en la página siguiente, podemos calcular la sección del cableado de alimentación. En Estados Unidos se utiliza una medida llamada awg (american wire gauge) con la tabla B, podemos convertir la sección de mm2 a la medida de awg. 53

49 16 -Tablas de calculo y consulta A Tabla de cálculo para cables de alimentación 54

50 B Tabla de conversión entre AGW y mm 55

51 Factores útiles de conversión 56

52 Dimensiónes de las cajas A continuación se indican algunas fórmulas que podrán ser útiles durante la fase de diseño de cajas para calcular su volumen total Fórmulas para el cálculo del área Fórmulas para el cálculo de volumen 57

53 Cálculo de la atenuación para un altavoz Nota: La potencia de las resistencias esta calculada para unos 50 watios, si la potencia suministrada es mayor se debera aumentar la potencia de estas. 58

54 Tabla de valores para diseño de filtros 2 Ohm Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado. 59

55 Tabla de valores para diseño de filtros 4 Ohm Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado 60

56 Tabla de valores para diseño de filtros 8 Ohm Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado 61

57 CAPITULO II En este parte del libro aportamos todos los parámetros mecánicos y eléctricos necesários para la construcción de los recintos acústicos idóneos para los altavoces de la serie Bass Xtreme y Metal Pro. Así mismo mostramos algunos ejemplos para la construcción de cajas. Estas medidas son orientativas, pueden modificarse tanto en altura como en anchura, siempre que el volumen final de la caja sea respetado. Como os decíamos en el capítulo anterior debemos tener en cuenta el modelo de altavoz a utilizar puesto que algunos funcionaran mejor en caja cerrada que reflex y a la inversa.

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