SEGÚN EL TRANSDUCTOR ELECTROMECÁNICO
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- Manuel Rodríguez Molina
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1 ALTAVOCES 1
2 ALTAVOZ - DEFINICIÓN Un altavoz es un dispositivo capaz de convertir energía eléctrica en energía acústica que se radia al aire. A este dispositivo se le llama transductor electroacústico. La transducción electroacústica se hace en dos fases: la transducción electromecánica y la transducción mecánico-acústica. Esto significa que se estudia, por un lado, la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya que se genera un movimiento, y la transformación de la energía mecánica en acústica. El transductor electromecánico se llama motor, por el movimiento que genera. Este movimiento se traspasa al segundo transductor, el mecánicoacústico, que se llama membrana o diafragma. 2
3 ALTAVOCES TIPOS 3
4 SEGÚN EL TRANSDUCTOR ELECTROMECÁNICO ELECTRODINÁMICO ELECTROSTÁTICO DE CINTA 4
5 ALTAVOZ ELECTRODINÁMICO DE BOBINA MÓVIL Es el más común en audio profesional y prácticamente el único en audio doméstico. Funciona al contrario que el micrófono dinámico. Contiene un imán permanente con un entrehierro que aloja una bobina conductora arrollada de forma cilíndrica. Cuando la corriente alterna de la etapa de potencia atraviesa la bobina, se crea en ella un campo magnético variable proporcional a la intensidad de la corriente. 5
6 ALTAVOZ ELECTRODINÁMICO DE BOBINA MÓVIL Como la polaridad del imán no cambia, la bobina móvil será atraída o repelida por el imán, vibrando de acuerdo con la corriente. Los terminales de la bobina están unidos al cono, al que transmiten las vibraciones, produciendo éste las compresiones y descompresiones de las partículas de aire. Cuando la corriente de la señal eléctrica aplicada a la bobina es positiva, el diafragma del altavoz se desplaza hacia el exterior, creando una compresión. Cuando es negativa, el cono se mueve hacia el interior del altavoz, creando una descompresión. 6
7 ALTAVOZ ELECTRODINÁMICO DE BOBINA MÓVIL El diafragma está hecho de un material ligero y flexible, como pasta de papel o polipropileno. También existen diafragmas rígidos, de aluminio, titanio, magnesio, fibra de carbono o polímeros como el kevlar. El imán se fabrica con material de ferrita o neodimio. El neodimio es más ligero que la ferrita y genera un campo magnético más potente, aunque es más caro. 7
8 ALTAVOZ ELECTRODINÁMICO DE BOBINA MÓVIL Tanto el imán como el cono van unidos a una estructura rígida de acero prensado o fundido, que constituye el chasis o carcasa del altavoz. 8
9 ALTAVOZ ELECTROSTÁTICO Funciona según el principio de que las cargas de igual signo se repelen y las de signo contrario se atraen. Consiste en dos placas rígidas metálicas perforadas, colocadas paralelamente, que contienen en medio una tercera plancha móvil más delgada, que ejerce de diafragma. De esta forma, cuando la polaridad de la corriente es positiva, el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada negativamente, mientras que si la polaridad es negativa, el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada positivamente, con una fuerza proporcional a la intensidad de la corriente. 9
10 ALTAVOZ ELECTROSTÁTICO Este altavoz ofrece una respuesta en frecuencia amplia y plana, pero es muy voluminoso, necesita alimentación de la red, es muy delicado y su precio es muy elevado. Los altavoces electrostáticos son de radiación directa, emitiendo el sonido a través de los orificios de ambas placas. Su diagrama polar es bidireccional, con el lóbulo trasero en oposición de fase con respecto al delantero. 10
11 ALTAVOZ DE CINTA Se trata de una cinta de aluminio corrugada, situada entre dos polos magnéticos, uno positivo y otro negativo. La corriente alterna correspondiente a la señal de audio se aplica a los extremos de la cinta, produciéndose un campo magnético variable alrededor de ella. El cambio continuo de polaridad de la cinta respecto a los polos de los imanes genera una vibración en los extremos de la cinta. 11
12 MONITOR DE ESTUDIO ADAM A5X Tweeter de cinta 12
13 SEGÚN EL TRANSDUCTOR MECÁNICO-ACÚSTICO DE RADIACIÓN DIRECTA DE RADIACIÓN INDIRECTA 13
14 ALTAVOZ DE RADIACIÓN DIRECTA En este altavoz, el transductor mecánico-acústico o diafragma es un cono de pasta de papel, de láminas metálicas o de plástico, que radia directamente al aire. El cono es el sistema preferido para reproducir las frecuencias graves y medias en sistemas domésticos y profesionales. 14
15 ALTAVOZ DE RADIACIÓN DIRECTA Para reproducir las frecuencias agudas con altavoces de radiación directa, el cono suele sustituirse por una cúpula metálica rígida de aluminio o titanio. Así se rebaja la distorsión y se mejora la dispersión del sonido. Este sistema es el más empleado en monitores de estudio. MONITOR DE ESTUDIO YAMAHA MSP7 Cúpula de titanio de 1 Cono de 6,5 15
16 ALTAVOZ DE RADIACIÓN DIRECTA MONITOR DE ESTUDIO GENELEC 8020A Cúpula metálica de ¾ Cono de 4 MONITOR DE ESTUDIO GENELEC 8050A Cúpula metálica de 1 Cono de 8 16
17 ALTAVOZ DE RADIACIÓN INDIRECTA Este sistema se utiliza para reproducir las altas frecuencias en sonorización de espectáculos y en instalaciones de megafonía, porque consigue mayor nivel de presión sonora que el cono. Se compone de: MOTOR DE COMPRESIÓN El motor de compresión consta de un imán con bobina móvil y un diafragma en forma de cúpula (cámara de compresión). DIFUSOR EXPONENCIAL - BOCINA O TROMPETA Da el nombre al altavoz. La bocina recibe las vibraciones del diafragma y adapta su alta impedancia a la baja impedancia del aire. De este modo, se mejora el rendimiento del altavoz, es decir, se transforma más energía eléctrica en acústica. 17
18 TROMPETA PROFESIONAL SIN MOTOR TROMPETA CON MOTOR DE COMPRESIÓN BOCINA DE MEGAFONÍA 18
19 ALTAVOZ DE RADIACIÓN INDIRECTA Alto grado de directividad CARACTERÍSTICAS Alto rendimiento y sensibilidad (hasta 110 db SPL por vatio a 1 metro) Respuesta en frecuencia limitada Necesidad de grandes tamaños para reproducir frecuencias graves Mayor distorsión Coloración del sonido 19
20 Características El M-30 es un motor de compresión con salida de 1" que ha sido diseñado para su utilización en sistemas de audio de dos vías y alta calidad. El alto nivel de consistencia en la fabricación del M-30 proporciona unas suaves prestaciones en todo el rango de frecuencia de trabajo. Datos técnicos Capacidad de Potencia AES Capacidad de Potencia Programa Sensibilidad 1 W/1 m Impedancia Nominal Respuesta en Frecuencia Frecuencia de Cruce Mínima Diámetro de Salida Diafragma Bobina Diámetro de Bobina Imán Densidad de Flujo Magnetico 50 W (+1 khz) 100 W (+1 khz) 105 db SPL 8 ohms 1 khz-20 khz 1 khz 1 in Titanio Aluminio ACCW 44 mm (1.73 in) Ferrita 1.4 T (16 kg) MOTOR DE COMPRESIÓN DAS M-30 20
21 ALTAVOZ DE RADIACIÓN INDIRECTA CÁMARA DE COMPRESIÓN TRANSFORMADOR ROSCA PARA EL DIFUSOR 21
22 SEGÚN EL RANGO DE FRECUENCIAS O VÍA SUBWOOFER WOOFER MID-RANGE TWEETER ULTRA-HIGH TWEETER 22
23 VÍAS Los altavoces necesitan filtros porque no pueden reproducir el rango entero de frecuencias. Los altavoces grandes no pueden reproducir los agudos y los pequeños no pueden reproducir los graves. Y los de tamaño medio se quedan cortos por ambos lados. La función de un filtro es eliminar las frecuencias no deseadas de una señal. En los tweeters, un filtro pasa altos elimina las frecuencias bajas y deja pasar las altas. En los woofers, se utilizan filtros pasa bajos, y en los altavoces de medios, se emplean filtros pasa banda formados por una sección pasa altos y otra sección pasa bajos consecutivas. El punto donde el filtro divide el espectro en dos vías se llama frecuencia de corte o de cruce. 23
24 VÍAS Clasificación de los altavoces en función del margen de frecuencias o vía a la que se dedican: SUBWOOFERS (SUBGRAVES) - Refuerzan la respuesta en baja frecuencia por debajo de los 200 Hz. WOOFERS (GRAVES) - Cubren las bajas frecuencias comprendidas entre los 200 y los 400 Hz. MID-RANGE - Cubren el margen de frecuencias medias desde los Hz hasta los 3-8 KHz. TWEETERS - Se dedican a las altas frecuencias por encima de los 3-8 KHz. ULTRA-HIGH TWEETERS - Superan los KHz, rebasando incluso los límites del espectro auditivo. 24
25 VÍAS La buena respuesta en frecuencia de un altavoz está en relación con su diámetro: Subwoofer - Destacan los de 15 y 18 Woofer - Entre 12 y 15 Mid-range - Entre 10 y 12 Tweeter - Hasta 4 25
26 VÍAS Cuando los altavoces se montan en cajas acústicas, se emplean configuraciones de varias vías. Una caja con una frecuencia de cruce se llama sistema de dos vías, y consta de dos transductores, uno de baja y media frecuencia, y otro de alta frecuencia. Una caja con dos frecuencias de cruce es un sistemas de tres vías, que incorpora un altavoz de medios. 26
27 CAJA DE 2 VÍAS CAJA DE 3 VÍAS 27
28 REDES DE FILTROS DE CRUCE FILTROS PASIVOS FILTROS ACTIVOS Y MULTIAMPLIFICACIÓN COMBINACIÓN DE FILTROS PASIVOS Y ACTIVOS 28
29 FILTROS PASIVOS Para dividir la señal y enviarla al altavoz correspondiente, se emplean filtros divisores en frecuencia, llamados redes de filtros de cruce o crossovers. Estos filtros pueden ser pasivos o activos. Los filtros pasivos están formados por componentes electrónicos (bobinas y condensadores) alojados dentro de las cajas acústicas. Como son elementos pasivos, se encuentran siempre después de la amplificación y no necesitan ningún tipo de alimentación externa para funcionar. Los filtros pasivos provocan distorsión por intermodulación, distorsión armónica y, además, consumen algo de señal de audio. Se utilizan prácticamente en la totalidad de los equipos domésticos, y a veces en sonido profesional. 29
30 FILTROS PASIVOS La señal de entrada llega al altavoz de agudos a través de un condensador, y al de graves mediante una bobina en serie. 30
31 FILTROS PASIVOS BOBINA CONDENSADOR 31
32 FILTROS PASIVOS La configuración con filtros pasivos alberga todos los altavoces en cajas full-range, que intentan abarcar todo el espectro audible. Como se ve en el dibujo, esta estructura es muy jerárquica. Si se produce un fallo, ruido o distorsión en el inicio de la cadena, éste afectará a todo el conjunto. Por ejemplo, una avería en el amplificador afectará a las tres vías. Por eso, hemos de intentar que el fallo se produzca al final de la cadena. 32
33 FILTROS PASIVOS Los filtros pasivos suelen alojarse dentro de las cajas de altavoces, tanto en las cajas que necesitan amplificador externo como en las cajas autoamplificadas. CAJA PASIVA NO AUTOAMPLIFICADA DAS DR
34 FILTROS PASIVOS MONITOR DE ESTUDIO PASIVO BIAMPLIFICADO YAMAHA MSP5 ALTAVOCES DOMÉSTICOS PASIVOS AUTOAMPLIFICADOS LOGITECH Z130 34
35 FILTROS ACTIVOS Los filtros o crossovers activos están construidos con bobinas y condensadores, pero incorporan elementos activos (transistores), por lo que necesitan alimentación. Los filtros activos consiguen mayor calidad y suelen alojarse en un módulo aparte, o dentro de la caja en el caso de las cajas autoamplificadas. Este procesador divide la señal de audio antes de las etapas de potencia, por lo que se necesita una etapa diferente para cada vía. Los filtros activos distorsionan menos y no consumen señal de audio, por lo que el sistema consigue más rendimiento. Además, permiten modificar las frecuencias de corte. Este sistema es el más utilizado en la sonorización profesional de espectáculos y estudios de grabación. 35
36 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS 36
37 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS La multiamplificación es la técnica que consiste en dividir las bandas de frecuencias mediante filtros activos antes de ser amplificadas. Esto significa que necesitamos un amplificador diferente para cada vía. Así, la estructura sigue siendo jerárquica, pero hay partes que operan en paralelo, y un fallo en estas partes no afectará a las demás. Así, un fallo, ruido o distorsión en uno de los tres amplificadores sólo afectará a su vía correspondiente. 37
38 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS 38
39 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS En la caja flight case de las etapas va incluido el módulo de crossovers, que recibe la señal de la mesa de mezclas a través de conectores XLR-3 y separa las vías, llevándolas a sus correspondientes etapas. 39
40 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS CAJA ACTIVA BIAMPLIFICADA DAS DYNAMICS DS-115A 40
41 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS MONITOR DE ESTUDIO ACTIVO BIAMPLIFICADO YAMAHA MSP5A 41
42 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS Ventajas de la multiamplificación 1. Menor distorsión 2. Mayor potencia 3. Mayor eficiencia 4. Mayor precisión 5. Mayor factor de amortiguamiento En los filtros pasivos, si el amplificador recorta la señal porque se le demanda demasiada potencia, los armónicos generados por sobremodulación afectan al woofer, a los medios y al tweeter. En la multiamplificación, los armónicos sólo van a la vía correspondiente, y lo mismo pasa con la distorsión armónica. 42
43 MULTIAMPLIFICACIÓN CON FILTROS ACTIVOS Como los altavoces de agudos requieren amplificadores menos potentes para dar el mismo nivel de presión sonora que los woofers, se puede atacar a los altavoces más eficientes con amplificadores menos potentes que puedan dar distorsiones menores. Por eso, en la multiamplificación, a cada altavoz le llega la potencia exacta que necesita, sin ningún desperdicio. 43
44 COMBINACIÓN DE FILTROS PASIVOS Y ACTIVOS 44
45 DISEÑO DE ALTAVOCES PANTALLA INFINITA BASS REFLEX PROYECTOR DE SONIDO ALTAVOZ DE TECHO ESFERA COLGANTE 45
46 PANTALLA INFINITA Un altavoz de bobina móvil radia sonido tanto por delante como por detrás de su diafragma. Cuando el cono se mueve hacia adelante, produce una compresión del aire en la parte frontal y un enrarecimiento en la parte trasera, y cuando se desplaza hacia atrás, ocurre lo contrario. Como las ondas a cada lado del diafragma está desfasadas 180º, las bajas frecuencias tienden a anularse. Por esta razón, el altavoz se aloja en una caja acústica o bafle relleno de material absorbente, como lana de vidrio, que impide que el sonido radiado por detrás alcance el aire libre. Es decir, que evita el cortocircuito acústico. 46
47 PANTALLA INFINITA Por su sencillez y versatilidad, este sistema de caja acústica o pantalla infinita se utiliza en equipos domésticos, en megafonía y en sonido profesional. 47
48 BASS REFLEX El bass reflex es una abertura al exterior, con o sin tubo, normalmente en la parte frontal del altavoz. Esta puerta está sintonizada para evitar cancelaciones y proyecta hacia afuera la energía que el altavoz irradia dentro de la caja, aumentando la respuesta en frecuencia. Se conoce como sistema de refuerzo de graves, y se utiliza en equipos domésticos y sonido profesional. 48
49 BASS REFLEX Bass reflex MONITOR DE ESTUDIO YAMAHA MSP5A 49
50 BASS REFLEX 50
51 PROYECTOR DE SONIDO Diseño de altavoces de megafonía 51
52 ALTAVOZ DE TECHO Diseño de altavoces de megafonía Altavoz de baja impedancia Altavoz con transformador de alta impedancia para líneas de 100 voltios 52
53 Altavoz con transformador de alta impedancia para líneas de 100 voltios 53
54 ESFERA COLGANTE Diseño de altavoces de megafonía 54
55 SISTEMAS DE COLOCACIÓN DE ALTAVOCES COLUMNA LINE ARRAY ARRAY EN CLUSTER 55
56 COLUMNA En megafonía, podemos encontrar varios altavoces apilados dentro de una columna. 56
57 COLUMNA 57
58 LINE ARRAY En sonido profesional, los altavoces se colocan formando sistemas que reducen las pérdidas por divergencia geométrica. Es el caso de los arrays en línea volados. 58
59 ARRAY EN CLUSTER Otra variante del array es la formación de cajas en clusters, de manera parecida a un racimo o piña. 59
60 CARACTERÍSTICAS SENSIBILIDAD RENDIMIENTO POTENCIA RESPUESTA EN FRECUENCIA DIRECTIVIDAD DISTORSIÓN IMPEDANCIA DE ENTRADA FRECUENCIA DE RESONANCIA 60
61 SENSIBILIDAD La sensibilidad es el nivel de presión sonora producido a 1 metro del eje horizontal del altavoz al alimentarlo con un 1 vatio de potencia. Las condiciones estándar consisten en aplicar una señal de entrada de ruido rosa de 2,83 voltios que, según la Ley de Ohm, corresponden a 1 vatio sobre una carga de 8 ohmios. Luego, se mide el nivel de presión sonora SPL que produce el altavoz a 1 metro de su eje. La sensibilidad se expresa en db SPL W -1 a 1 metro. Este factor es fundamental porque, recibiendo menos potencia, un altavoz muy sensible puede conseguir la misma presión sonora que otro altavoz muy potente pero poco sensible. 61
62 SENSIBILIDAD 1 P = V Z 2 V 2 = V = 8 V 8 2 = 2,83 voltios La sensibilidad depende exclusivamente del rendimiento, y oscila: ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA Entre los 85 y 100 db W -1 SPL a 1 metro BOCINAS O TROMPETAS Entre 100 y 110 db W -1 SPL a 1 metro 62
63 SENSIBILIDAD 63
64 SENSIBILIDAD MONITOR DE ESTUDIO SAMSON RESOLV 50A 64
65 POTENCIA La potencia es la energía por unidad de tiempo, y se mide en vatios. La potencia que entrega un amplificador a un altavoz es igual al cuadrado del voltaje (V) entre la impedancia (Z). P = V Z 2 Para determinar el aguante de potencia de un altavoz, se le aplica una señal de ruido rosa con rango dinámico controlado. El rango dinámico de una señal se expresa con el factor de cresta, que es la relación entre la potencia de los picos y la potencia media de la señal. 65
66 POTENCIA Las normas especifican una señal de ruido rosa con un factor de cresta de 6 db, es decir, que la potencia de pico (PMPO) es 6 db mayor que la potencia media de la señal (RMS). Ello equivale a una relación de 2 a 1 entre el voltaje de pico y el nominal, como vemos en el eje Y, y a una relación de 4 a 1 entre la potencia de pico y la potencia media, puesto que la potencia se calcula en base al voltaje al cuadrado. 66
67 POTENCIA La POTENCIA NOMINAL, MEDIA O CONTINUA suele denominarse erróneamente potencia RMS, porque utiliza el cálculo del voltaje RMS (Root Mean Square), es decir, se basa en la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los voltajes. La razón de este error es que el RMS sólo tiene sentido aplicarlo en parámetros que tienen signo negativo y positivo. La potencia sólo tiene signo positivo (va del amplificador al altavoz, no al contrario), y por ello no se le aplica el RMS. La potencia media es, por tanto, la que utiliza el voltaje RMS para su cálculo. En la práctica, llamamos POTENCIA RMS a la potencia nominal, que es la máxima potencia media continua de salida que puede consumir el altavoz sin ocasionar distorsión ni daños en ninguna de sus partes. 67
68 POTENCIA POTENCIA DE PROGRAMA - Para muchos fabricantes es, simplemente, el doble de la potencia media. POTENCIA PMPO (Peak Music Power Output) - Conocida como POTENCIA DE PICO O MUSICAL. Se refiere a la máxima potencia que el altavoz puede consumir durante breves instantes sin saturarse ni sufrir daños permanentes (la duración suele ser menor de 1/10 de segundo). Para una señal de 6 db de factor de cresta, la potencia de pico es cuatro veces mayor que la potencia media o nominal. 68
69 POTENCIA CAJA ELECTRO-VOICE XB 69
70 CAJA HK PR:O 8 70
71 POTENCIA 71
72 EJERCICIOS DE SENSIBILIDAD, RENDIMIENTO Y POTENCIA Calcula la sensibilidad de un altavoz de 50 W de potencia eléctrica nominal, si su rendimiento es del 1% de 1W = 0,01W de potencia sonora nominal 0,01 = 10 log L W LW = 100 db PWL L I L I = L log r 11 L = log 1 11 W = I 10 = 89 db SIL -1 Sensibilidad = 89 db SPL W 72
73 EJERCICIOS DE SENSIBILIDAD, RENDIMIENTO Y POTENCIA El altavoz del ejercicio anterior tiene un rendimiento del 1%, que corresponde a una sensibilidad de 89 db SPL W -1. Calcula el nivel de intensidad sonora que producirá a 1 metro cuando le apliquemos los 50 W de potencia eléctrica nominal de 50W = 0,5 W de potencia sonora nominal 0,5 = 10 log L W LW LI = LW 20 log10 r 11 LI También se puede llegar a este resultado más rápidamente: LI = 10 log10 50 LI Con 50 vatios, a 1metro producirá : = 106 db SIL = 117 db PWL = 106 db SIL = 17 db SIL 73
74 EJERCICIOS DE SENSIBILIDAD, RENDIMIENTO Y POTENCIA Como hemos visto, a partir de la sensibilidad, se puede determinar el nivel de intensidad sonora que produce el altavoz a un metro, cuando se le ataca con la potencia eléctrica nominal. LI = 10 log LI = 20 db SIL Con100 vatios, a 1 metro producirá = 121dB SIL 74
75 EJERCICIOS DE SENSIBILIDAD, RENDIMIENTO Y POTENCIA De la misma manera, puede calcularse el rendimiento de un altavoz a partir de la sensibilidad, realizando el camino inverso. Calcula el rendimiento de una bocina que tiene una sensibilidad de 105 db SPL W -1. L I = L 20 log10 r 11 W 105 = LW 11 LW W L W = 10 log W 11 W 116 = 10 log = W = 0,4 W = 116 db PWL 12 Una potencia sonora de 0,4 W representa un rendimiento del 40% con respecto a 1 W de potencia eléctrica. 75
76 RESPUESTA EN FRECUENCIA Idealmente, un altavoz debería producir el mismo nivel de presión sonora en un punto al atacarlo con una señal de entrada de amplitud constante que barre todo el espectro audible (por ejemplo, con una secuencia sweep). La curva de respuesta se suele especificar con dos frecuencias entre las cuales la variación del nivel está en ± 3 db. 76
77 DIRECTIVIDAD La directividad o factor Q indica la variación del nivel de presión sonora a una distancia fija, en función del ángulo de giro del altavoz. Se especifica mediante diagramas polares en los planos horizontal y vertical, con bandas de tercio de octava de ruido rosa y giros de 10º a 15º. El ángulo de cobertura de un altavoz es aquél para el cual el nivel es inferior a 6 db con respecto al eje (0º). 77
78 DIRECTIVIDAD El ángulo de cobertura de un altavoz se mide en cámaras anecoicas, para imitar el comportamiento del sonido en campo libre, libre de reflexiones. 78
79 DIRECTIVIDAD La directividad varía en función de la frecuencia. Como veremos en el siguiente diagrama, en las frecuencias bajas, el altavoz se comporta como un emisor omnidireccional, puesto que la longitud de onda del sonido es grande comparada con las dimensiones del altavoz y su habitáculo, alrededor del cual se difracta. En las altas frecuencias, las longitudes de onda tienen el tamaño de la superficie del cono del altavoz, reduciéndose la difracción y apuntando hacia el eje frontal. Podemos ver cómo la curva rosa cae en picado al alejarse de los 0º. 79
80 DIRECTIVIDAD Las curvas de directividad suelen ser simétricas respecto al eje de radiación. Por este motivo, y para no emborronar la gráfica, sólo se representa un lado de la curva para cada frecuencia, entendiendo que el lado que falta es simétrico respecto al eje de 0º-180º. 80
81 DISTORSIÓN Consiste en añadir armónicos a la frecuencia correcta de entrada. Suelen corresponder a una octava por encima de la frecuencia fundamental, y se ponen de manifiesto en las frecuencias graves, donde el diafragma del altavoz debe desplazarse más. En las gargantas de las bocinas de alta frecuencia, se alcanzan niveles de distorsión del 10%. En los sistemas profesionales, la distorsión no supera el 1%. 81
82 IMPEDANCIA DE ENTRADA La impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna. Si medimos la impedancia de un altavoz con un multímetro, nos dará una lectura normalmente menor que la impedancia nominal del altavoz. Por ejemplo, un altavoz de 8 ohmios, podrá darnos una lectura de 6 ohmios. La razón de estas diferencias está en que el multímetro mide la resistencia, no la impedancia. La resistencia es la oposición al paso de la corriente continua y tiene un único valor, mientras que la impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna, y varía con cada frecuencia. Podríamos decir que, de alguna manera, la resistencia es la impedancia para una frecuencia de 0 Hz, ya que los 0 Hz corresponden a la corriente continua. Para medir la impedancia, utilizaremos el medidor de impedancias, un instrumento que brilla por su ausencia al realizar instalaciones de audio. 82
83 El medidor de impedancias marca 8 ohmios. 83
84 IMPEDANCIA DE ENTRADA Y FRECUENCIA DE RESONANCIA Debido a su naturaleza reactiva, los altavoces presentan una oposición al paso de la corriente que varía con la frecuencia. La impedancia eléctrica de entrada varía sobre todo en torno a la frecuencia de resonancia del altavoz, donde el sistema mecánico entra en resonancia y la impedancia de entrada tiene su primer máximo. Por ejemplo, para la resonancia en graves, una impedancia de 8 ohmios puede aumentar hasta los 30 ohmios. 84
85 IMPEDANCIA DE ENTRADA Y FRECUENCIA DE RESONANCIA Después, la impedancia aumenta en las altas frecuencias, debido a la inductancia de la bobina del altavoz. El fabricante facilita el valor de la impedancia nominal, tomado de la zona plana que hay tras la frecuencia de resonancia. Suelen ser de 2, 4, 6, 8 y 16 ohmios, valores de resistencia pura útiles para medidas de potencia. Según la ley de Ohm, al doblar la carga, se entrega la mitad de potencia. Si un amplificador entrega 200 W sobre 4 ohmios, entregará 100 W sobre 8 ohmios. 85
86 IMPEDANCIA DE ENTRADA Y POTENCIA POTENCIA NOMINAL DEL AMPLIFICADOR MAYOR QUE LA DEL ALTAVOZ Un altavoz de 30 vatios y 8 ohmios puede ser atacado por un amplificador de 100 vatios sobre 8 ohmios, siempre que el nivel enviado no supere estos 30 vatios, por lo que deberemos tener cautela con la ganancia del amplificador. POTENCIA NOMINAL DEL ALTAVOZ MAYOR QUE LA DEL AMPLIFICADOR Atacar un altavoz de 100 vatios y 8 ohmios con un amplificador de 30 vatios sobre 8 ohmios, es perfectamente correcto, sólo que estamos desperdiciando más de la mitad potencia. Sería más conveniente, si el amplificador puede ofrecer 60 vatios sobre 4 ohmios, utilizar un altavoz de 4 ohmios. 86
87 EJERCICIOS DE IMPEDANCIA DE ALTAVOCES Trabajando con la potencia nominal de un amplificador de 50 vatios sobre 4 ohmios, le conectamos un altavoz de 8 ohmios. Calcula cuánta potencia consumirá el altavoz. 2 2 V V 2 P4 Ω = 50 = V = 200 Z 4 V = 14,1voltios P 8Ω = V Z 2 P = 14,1 2 8 P = 25 W Esta conexión no es correcta, ya que no coinciden las impedancias del amplificador y del altavoz. Sin embargo, no dañará ni a uno ni a otro: simplemente, estamos desperdiciando la mitad de la potencia nominal del amplificador. 87
88 IMPEDANCIA DE ENTRADA Los altavoces de 4 ohmios son difíciles de mover porque, para una determinada tensión de salida del amplificador, éste debe entregar el doble de corriente (recordemos que la etapa proporciona amperaje). El altavoz de 16 ohmios es una buena carga, pero su alta impedancia hace que se extraiga menos corriente del amplificador, por lo que la potencia que llega al altavoz será más baja. Por estas razones, la impedancia de 8 ohmios se ha convertido en estándar. I = V Z P = V Z 2 88
89 INSTALACIONES SISTEMA DE BAJA IMPEDANCIA SISTEMA DE ALTA IMPEDANCIA SISTEMA AUTOAMPLIFICADO 89
90 SISTEMA DE BAJA IMPEDANCIA El sistema de línea directa hace referencia a la conexión de los altavoces directamente al amplificador, ya sea en serie o en paralelo. El sistema de línea directa utiliza baja impedancia, del orden de 2, 4, 6, 8, 10, 12 ó 16 ohmios, y es el más utilizado en equipos domésticos de alta fidelidad y sonido profesional. 90
91 SISTEMA DE ALTA IMPEDANCIA Las líneas de transformador utilizan voltajes de 50, 70 o 100 voltios. La impedancia de entrada efectiva de un altavoz equipado con un transformador de entrada oscila típicamente entre varios cientos y varios miles de ohmios (alta impedancia), lo que quiere decir que la impedancia del cable es ahora muy pequeña comparada con la impedancia de la carga, con lo que la mayoría de la tensión alcanzará el primario del transformador. En estas instalaciones, el único criterio a la hora de seleccionar el cable es la pérdida de potencia, olvidándonos del factor de amortiguamiento. Esto significa que podemos utilizar un cable más fino y económico con grandes longitudes de cable. Este sistema es el más utilizado en instalaciones de megafonía. 91
92 SISTEMA AUTOAMPLIFICADO Los altavoces autoamplificados tienen su propia etapa y su fuente de alimentación (llevan enchufe para conectarse a la red), y pueden utilizar el previo de una mesa de mezclas, a cuya salida se conectan a través de un conector del tipo XLR-3 o TRS. Algunos llevan previo incorporado, distinguiendo entrada de línea y de micrófono. Las cajas tienen una salida de línea (link) que permite conectarlas a otra caja autoamplificada, formando así una cadena. Este sistema es frecuente en aplicaciones de sonido profesional que no requieran excesiva potencia. 92
93 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE EN PARALELO 93
94 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Para conectar altavoces no autoamplificados, éstos pueden conectarse al amplificador en líneas de baja impedancia, como es el caso de los equipos de alta fidelidad domésticos y de sonido profesional, o en líneas de alta impedancia con transformador, como suele ocurrir en sistemas de megafonía. Tanto las líneas de alta como de baja impedancia pueden interconectar los altavoces en serie o en paralelo, a través de cable de altavoz. Éste consta de dos cables de filamentos de cobre, protegidos por una envoltura de plástico roja (positivo) y negra (negativo). 94
95 CONEXIÓN DE ALTAVOCES En todos los casos, es conveniente respetar la polaridad de los terminales de los altavoces, para que los conos se muevan en fase y no se cancelen unos a otros. Los terminales de un altavoz pueden averiguarse con una pila. Para ello, conectaremos la pila a los terminales del altavoz brevemente. Si el cono se mueve hacia afuera, significa que el terminal positivo de la pila está tocando el terminal positivo del altavoz. 95
96 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Los terminales del amplificador y las cajas de altavoces pueden ser: De pestaña, a presión De rosca De banana Del tipo speakon 96
97 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Los terminales de pestaña, en los que el cable se sujeta a presión, está muy extendido entre los equipos domésticos. Terminales de pestaña, a presión 97
98 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Terminales de rosca El sistema de rosca se utiliza en el ámbito doméstico y en instalaciones de poca potencia. 98
99 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Los terminales de banana suelen encontrarse en los sistemas de megafonía. Terminales de banana 99
100 CONEXIÓN DE ALTAVOCES En sonido profesional, sobre todo cuando se requieren muchos vatios de potencia, tanto las cajas de PA como los monitores de escenario se conectan a etapas de potencia a través de conectores speakon de 4 u 8 polos. Los polos van atornillados al conector. Las etapas y sus correspondientes cajas se colocan lo más cerca posible para no utilizar largas tiradas de cable. 100
101 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Etapa de potencia de dos canales con terminales speakon 101
102 CONEXIÓN DE ALTAVOCES TERMINALES SPEAKON 102
103 CONEXIÓN DE ALTAVOCES MESA AUTOAMPLIFICADA CON TERMINALES SPEAKON 103
104 CONEXIÓN DE ALTAVOCES No debemos confundir el conector speakon con el conector PowerCon. El PowerCon es un conector que suministra corriente eléctrica a los equipos. El más habitual soporta hasta 20 amperios. Como el diseño y el sistema de conexión son iguales a los del speakon, el chasis del PowerCon tiene las espigas en un ángulo de 90º, en vez de 180º. Además, la entrada de corriente del PowerCon es de color azul claro y la salida es de color blanco. 104
105 CONEXIÓN DE ALTAVOCES Los contactos del PowerCon vienen marcados así: L (live, vivo) N (neutral, neutro) G (ground, tierra) También existe el PowerCon de 30 amperios: CONECTOR POWERCON DE 30 AMPERIOS NEUTRIK 105
106 POWERCON 106
107 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE 1. El terminal positivo del amplificador se conecta al positivo del primer altavoz. 2. El negativo del primer altavoz se conecta al positivo del segundo altavoz. 3. El negativo del segundo altavoz se conecta al negativo del amplificador. 107
108 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE Cuando conectamos los altavoces en serie, sus impedancias se suman linealmente. Z = Z + Z Total
109 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE Calcula la resistencia total de las dos resistencias de 4,7 y 3,9 ohmios conectadas en serie (la resistencia propia del polímetro puede dar un error de casi 1 ohmio). R = R + R Total
110 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE Calcula la resistencia total de las dos resistencias conectadas en serie (la resistencia propia del polímetro puede dar un error de casi 1 ohmio). 110
111 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO Cuando conectamos los altavoces en paralelo, todos los altavoces comparten el mismo principio y final en el circuito. En el caso de dos altavoces conectados en paralelo a un amplificador, el terminal positivo de cada altavoz se conecta al mismo terminal positivo del amplificador, y los terminales negativos de los altavoces se conectan juntos al negativo del amplificador, para que coincidan en fase. Esto se puede realizar mediante un derivador a la salida del amplificador. Derivador 111
112 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO En el dibujo, los altavoces están conectados en paralelo directamente al amplificador mediante derivador y reciben el mismo canal de una sola etapa de potencia de un amplificador monoaural. En este caso, el mal funcionamiento de un altavoz, o el mal contacto de la mayor parte de su cable, no afectan al otro altavoz. Derivador Derivador 112
113 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO 113
114 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO Otra manera de conectarlos en paralelo, con la que ahorramos cable, es conectando el terminal positivo del primer altavoz al mismo terminal positivo del amplificador, y el negativo al negativo. Pero los terminales del segundo ya no se conectarían directamente al amplificador, sino a los del primer altavoz: positivo con positivo y negativo con negativo. Y los dos terminales del tercer altavoz, a los del segundo, etc. 114
115 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO 115
116 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO Cuando conectamos los altavoces en paralelo, el inverso de la impedancia total es igual a la suma de los inversos de las impedancias de cada altavoz. 1 1 = + Z Total Z 1 1 Z = + Z Total 6 10 Z Total = = 0,27 Z Total = 3,75Ω 116
117 1 1 = + R Total R 1 R Total CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO Calcula la resistencia total de las dos resistencias de 4,7 y 3,9 ohmios conectadas en paralelo (la resistencia propia del polímetro puede dar un error de casi 1 ohmio). = 1 1 4,7 1 R ,9 1 R Total = 0,47 RTotal = 2,13Ω 117
118 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN PARALELO Calcula la resistencia total de las dos resistencias conectadas en paralelo (la resistencia propia del polímetro puede dar un error de casi 1 ohmio). 1 1 = + R Total R 1 1 R 2 R Total = 3Ω 118
119 CONEXIÓN DE ALTAVOCES EN SERIE-PARALELO Este sistema combina los métodos de conexión en serie y en paralelo, y se utiliza para resolver problemas de adaptación de impedancias. Por ejemplo, vamos a conectar cuatro altavoces de 8 ohmios a un amplificador monoaural que tiene salida de altavoces para 8 ohmios: Primero, dividiremos los cuatro altavoces en dos pares, y los conectaremos en serie, consiguiendo una impedancia de 16 ohmios en cada par. Luego, conectaremos cada par de 16 ohmios en paralelo, consiguiendo una impedancia total de 8 ohmios. 119
120 EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES Calcula la impedancia total de este circuito conectado en paralelo = + + Z Total Z 1 Z2 1 Z = + + Z Total Z Total = 3 12 = 0,25 Z Total = 4Ω 120
121 EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES Tenemos cuatro altavoces de 4 ohmios, y queremos conectarlos a un amplificador monoaural que tiene una salida de altavoces para 4 ohmios. Realiza una propuesta de conexión en serie / paralelo para que coincidan las impedancias. 121
122 EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES Averigua la impedancia total de dos bafles de 8 ohmios conectados en paralelo a un amplificador. Calcula la potencia que consumirán en total y por separado, si el voltaje de la línea es de 9 voltios. 1 Z Total = + = 0,25 ZTotal 8 8 Z P Total = V Z Como la impedancia de los dos P bafles es la misma, los 20,25 W que está entregando el amplificador se reparten equitativamente entre ambos. Es decir, que cada bafle P recibe 10,125 W. 2 Total Total P = P = 20,25 W Bafle 1 Bafle 2 = = V Z V Z 2 Bafle1 2 Bafle 2 = 4 ohmios P P = = P = 10,125 W P = 10,125 W 122
123 EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES Queremos conectar en paralelo dos bafles de 6 y 12 ohmios al amplificador monoaural de la fotografía. Averigua el terminal del amplificador en el que conectaremos los bafles y calcula la potencia que consumirá cada uno, sabiendo que el voltaje de la línea es de 9 voltios. 1 Z Total = + = 0,25 ZTotal 6 12 Z Total = 4 ohmios 123
124 EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES La potencia total sería la siguiente: P Total = V Z 2 Total P = P = 20,25 W Esta potencia se repartiría de la siguiente manera: P Bafle 1 = V Z 2 Total P = P = 13,5 W P Bafle 2 V 2 = P Z Bafle 2 = P = 6,75 W 124
125 P P P Total Altavoz EJERCICIOS DE CONEXIÓN DE ALTAVOCES Averigua la impedancia total que verá el amplificador en la instalación del dibujo. Calcula la potencia que consumirán en total y por separado, si el voltaje de salida es de 9 voltios. = = + Z Total 6 10 Z Total V Z 2 Total Z Total P = 3,75Ω = V 2 6Ω = P ZTotal V 2 Ω = Z Altavoz 10 P Total 9 3,75 = = = = 0,27 P = 21,6 W P = 13,5 W P = 8,1W 125
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