CURSO PROFESIONAL TÉCNICO DE SONIDO.

Transcripción

1 CURSO PROFESIONAL TÉCNICO DE SONIDO.

2 Altavoces El altavoz es un dispositivo electromecánico que se encarga de traducir los impulsos eléctricos de las señales en ondas sonoras. Por tanto, el altavoz nos permite escuchar el sonido que provenga de una fuente de sonido como por ejemplo de un CD de música. Gracias al conocimiento de los materiales y a las nuevas tecnologías, son cada vez mejores los elementos electromecánicos utilizados en la fabricación de altavoces. Pero en este curso empezaremos estudiando los altavoces de toda la vida, su funcionamiento y sus características principales que hace posible la traducción en formas de ondas sonoras. Construcción de un altavoz. Un altavoz básico está compuesto de una estructura metálica y firme que soporta el conjunto del altavoz (rústicamente):

3 Actualmente existen dos tipos de altavoces principales: Los altavoces de radiación directa son los que se muestra en la imagen superior y que poseen un cono de cartón o plástico como elemento radiador del sonido. Los proyectores o bocinas que utilizan un embudo a modo de trompeta para guiar el sonido hasta el exterior. En el altavoz convencional, la señal sonora llega en forma de señal eléctrica a la bobina móvil del altavoz. Esta bobina está unida al cono de cartón expansor mediante una malla elástica llamada Araña. En conjunto, cuando la bobina recibe una señal alterna eléctrica que simula a un sonido, la bobina móvil crea un campo electromagnético variable, en función de la variación y magnitud de la señal. Éste campo electromagnético variable, choca contra el campo magnético fijo del imán del altavoz, lo que ocasiona que la bobina móvil del altavoz sienta una repulsión magnética con el campo electromagnético creado por la variación de señal. Como el imán del altavoz es fijo, y está unido al chasis del mismo, la fuerza de repulsión que generan los campos magnéticos fijos del imán permanente y de la bobina móvil, hacen que ésta última se desplace longitudinalmente a través del eje principal de la pieza polar del altavoz. Y como la bobina móvil está unida al cono, el desplazamiento de la bobina móvil a través del eje polar, produce la conversión de la señal eléctrica en ondas sonoras. La traducción de las ondas eléctricas en ondas sonoras se convierte en una amplificación natural de las mismas, debido a que el propio cono del altavoz produce una variación de presión sobre el medio que lo rodea, agitando las partículas de aire a su alrededor y obteniendo el sonido convertido.

4 Es lógico pensar que la potencia de la señal eléctrica debe de ser lo suficientemente potente como para poder realizar la conversión de la señal de forma adecuada, ya que una señal poco potente no tendrá la suficiente potencia para excitar la bobina del altavoz. Impedancia. Como la bobina móvil es un dispositivo lineal y reactivo (de resistencia física fija e inductivo), tiene asociado una impedancia a la frecuencia alterna que genera la propia señal eléctrica. Y como la señal es de naturaleza alterna y varía en frecuencia y amplitud, también lo hará la impedancia de la bobina móvil. La impedancia es la resistencia, por llamarlo de alguna forma, que tiene un dispositivo (en este caso la bobina móvil del altavoz), al paso de la corriente alterna. La impedancia en una bobina varía según varíe la frecuencia de la señal alterna tal y como se expresa: X L = 2 pi L f Siendo: Xl, la reactancia de la bobina (la impedancia de la misma); Pi, el número PI (3, ); L, el valor de la inductancia en Henrios; y f, la frecuencia en Hercios. Por lo tanto, y según la formula, a mayor frecuencia de la señal, mayor será la impedancia que presenta la bobina.

5 La impedancia se suele medir en ohmios, y los valores de los altavoces suelen rondar desde los 4, 8, 16, y hasta 32 ohmios; aunque existe una gran variedad de respuesta a la impedancia de los altavoces. Un buen altavoz debe de ser capaz de transformar las corrientes eléctricas de una señal en variaciones de presión en el aire, por lo tanto se requiere que la intensidad de corriente que pase por el altavoz sea elevada en relación a la tensión. De ahí que mientras menor sea la impedancia del altavoz, se obtengan mejores resultados en la audición. Pero hay que tener un cuidado cuando se utilizan dos ó más altavoces en paralelo o en serie, ya que habría que calcular la impedancia resultante para que no corriese peligro la etapa final del amplificador o los propios altavoces, ya que al juntar varios elementos en paralelo, disminuye la impedancia de cada elemento, y la señal podría destruir la bobina de cada altavoz. Esto último es muy raro que ocurra, que no va ser la primera vez que se conecta una etapa de sonido final a un altavoz de potencia inferior a la que suministraba la potencia final del amplificador. Curvas de respuesta del altavoz a la frecuencia. Diagrama Polar. Cuando hablamos de respuestas en frecuencias, estamos hablando del comportamiento del altavoz a diferentes frecuencias. El diagrama polar indica la característica direccional de un altavoz respecto a las frecuencias de sonido que irradia. En cuanto a la respuesta del altavoz, es lógico pensar que si la impedancia de la bobina varía según lo haga la frecuencia, también lo hará la respuesta del altavoz a la variación de frecuencia. Por esta razón existirán frecuencias que se escucharán mejor en un altavoz que otras. La limitación de las frecuencias también tiene que ver con otros factores como por ejemplo, el diámetro del cono, material utilizado en el mismo, o el tamaño del altavoz. Hoy en día se recurre a la construcción de altavoces con doble conos, conos coaxiales, y altavoces selectivos, que son los que se construyen diseñados para ciertos rangos de frecuencias como pueden ser los graves (frecuencias por debajo de los 4KHz), o los agudos (para una respuesta media del rango general de sonido de 8KHz. hasta los 15KHz).

6 Observa que el valor máximo se obtiene entre frecuencias comprendidas entre los 10KHz. y los 15 KHz. Filtros de impedancia. Los filtros son dispositivos que utilizan inductancias y condensadores o ambos a la vez, para filtrar una frecuencia específica y permitir el paso de otra frecuencia de la que el altavoz esté mejor preparado para trabajar con ella. Eso se suele hacer sobre todo para separar los graves de los agudos y llevar las frecuencias de los graves a un altavoz preparado para tal fin, y las frecuencias de los agudos para su altavoz correspondiente. Ten en cuenta que la frecuencia alterna ofrece una reactancia capacitiva o inductiva según sea el elemento activo que se utiliza en el filtro. Recuerda por el curso de electrónica, que la frecuencia alta ofrece en los condensadores una baja impedancia, y en los inductores, una alta impedancia. Por ende, a baja frecuencia, el condensador ofrece una alta impedancia y el inductor una baja impedancia. Los filtros se aprovechan de ese fenómeno de la frecuencia. Por tanto si en un altavoz observa que existe un condensador entre los terminales de su Araña, ten en cuenta que sea un altavoz de agudos, ya que ofrece una impedancia elevada para frecuencias bajas de la señal eléctrica. A continuación muestro unos circuitos filtros de altavoces:

7 En A, puedes ver el típico filtro capacitivo en paralelo con la bobina del altavoz y que constituye un filtro para graves, ya que la baja frecuencia pasa por la bobina del altavoz que ofrece menor impedancia a la frecuencia baja que la que ofrece el condensador que está configurado como filtro pasa altos. En B, la misma configuración pero mejor efecto, hace que la baja frecuencia pase por la bobina y después por la bobina del condensador. EL condensador ofrece mucha reactancia para la baja frecuencia, por lo que solo permitirá el paso de su interior a alta frecuencia. En la figura puedes ver en A, que el condensador está en serie con la bobina, lo cual, permitirá el paso de la frecuencias a partir de un cierto valor. En B, puedes ver el mismo efecto pero de mejorado rendimiento. La inducción está en serie con la bobina del altavoz, lo que aumentará el valor de la impedancia inductiva. El condensador está diseñado para permitir el paso de frecuencias específicas a partir de un valor alto.

8 En estos ejemplos no quiere decir que un condensador que está pensado para dejar pasar la señal de frecuencia a partir de, por ejemplo 1000Hz., no deje pasar frecuencias de 500 Hz.; eso si, se produce una disminución en la ganancia de la señal para esa frecuencia (mientras mayor sea la reactancia para esa frecuencia, mayor será la reducción de la señal). Observarás que tanto una configuración como otra, está formada por filtros resonantes serie y paralelo. Al diseñador de los altavoces le corresponde establecer los valores de los componentes reactivos que harán posible que la señal sea tratada por un tipo de altavoz u otro tipo, ya que la impedancia del altavoz depende también de los componentes de sus filtros. Los fabricantes suelen fijar el funcionamiento de sus altavoces en función de la salidad obtenida a una frecuencia común de 1 KHz. Tipos de altavoces según su respuesta. Ya hemos hablado que según la respuesta que ofrezca el altavoz a la frecuencia se dice que trabajarán en un rango u otro. Por eso se pueden clasificar los altavoces en: GRAVES. Son los llamados "WOOFER". Estos altavoces suelen estar preparados para fuertes desplazamientos de la bobina móvil del altavoz y cuyo cono irradia mucha energía física. Los Woofers, suelen tener un cono de cartón especial para soportar la gran cantidad de energía que deben de irradiar, debido a que las bajas frecuencias amplificadas conllevan un gran poder energético. De hecho, es en este tipo de frecuencias en la cual, se consume una gran parte de la energía. Cuando en una discoteca escuchas el ruido típico "PUM, PUM, PUM, PUM", eso lo produce los graves que llegan al altavoz. En un sistema estereofónico, se suelen separar las distintas frecuencias por medio de canales y llevarlos a sus correspondientes altavoces. Mediante filtros y sistemas ecualizadores, se puede filtrar una baja frecuencia y llevarla a varios altavoces de baja frecuencia repartidos a lo largo de un auditorio para que se produzca un efecto Dolby Soundround. Su rango de frecuencia oscila entre los 10 Hz. y los 5KHz.

9 AGUDOS. Estos, llamados también "TWEETER", se encargan de reproducir lo más fielmente posible las frecuencias altas y medias del rango del sonido audible. Éste tipo de altavoz es el más usado en cadenas de músicas, reproductores, y en instalaciones cutres. El rango de frecuencia que trabajan oscilan de entre los 5KHz. y los 20KHz., aunque pueden trabajar más altos y más bajos. MEDIOS. También existen altavoces que pueden trabajar en frecuencias medias y cuyo rango de trabajo oscila de entre los 2KHz. y los 15KHz., pudiendo reproducir frecuencias más altas o bajas. Estos altavoces suelen denominarse "SQUAWQUER". Conexión de los altavoces. Sin tener en cuenta la conexión que debe de realizarse al amplificador de la señal eléctrica, el altavoz puede conectarse a la carga de varias maneras. Hay que decir que la carga es el dispositivo final que soportará la salida del circuito previo. Y que la carga de un altavoz puede modificar la carga de salida del previo y así hacer que ofrezca mayor o menor rendimiento. La conexión de los altavoces a la salida del amplificador se deberá realizar de manera que la señal de salida en su paso corto o largo (según la longitud del cable), no afecte a la reproducción de la señal por el altavoz. Por ese motivo cuando se va a conectar el altavoz se procede al estudio de cómo va a cambiar la carga, al rendimiento de la señal. Te pondré un ejemplo. Imagina que un amplificador está cualificado para sacar una potencia de 100w de la señal eléctrica a una impedancia de 4 ohmios. Utilizando la fórmula de la potencia: P = V 2 Z Obtenemos que: 100W = V 2 4.

10 De ahí deducimos que la tensión es: V 2 = 100W x 4 = 400. V = 20V. Si utilizásemos un altavoz con una impedancia de 8 ohmios, la cosa cambiaría a: V2 = 100W x 8 = 800. V = 28,2844V. Pero el amplificador solo puede proporcionar 20 voltios de tensión de la señal en el altavoz, lo que la diferencia de tensión obligaría al amplificador a sobrecargarse para poder dar ese exceso de potencia. Por norma general, los amplificadores están diseñados para poder configurar la salida de manera adecuada según la impedancia de los altavoces, la distancia a la que están del amplificador y lo largo del cableado. Además como he mencionado al principio, no solo el altavoz produce una impedancia, sino el propio cable también tiene asociado una impedancia al paso de la corriente alterna. En la tabla siguiente te muestro los valores por defecto y para una medida de 1000 Hz., de los diámetros y su longitud. BAJA IMPEDANCIA ALTA IMPEDANCIA 4Ω 8Ω 16Ω 100Ω 250Ω 600Ω 1,6 mm 40m 80m 140m 300m 760m 1520m 1,3 mm 23m 45m 90m 230m 460m 915m 1.0 mm 15m 30m 60m 120m 300m 600m 0,8 mm 7m 15m 30m 75m 230m 460m 0,5 mm 2m 7m 12m 40m 80m 100m Como puedes observar la resistencia física que ofrece el cableado varía según el diámetro y el grosor del mismo. Además según el material utilizado por el conductor, puede ofrecer más resistencia aún. Es habitual que en los conciertos o audiciones veas cables largos y gordos, estos cables tienen baja resistencia óhmica para evitar el anterior problema. Pero es habitual que se produzca una pérdida de potencia en la propia resistencia óhmica de la línea. Con esta condición los técnicos de sonido hacen que la impedancia de salida del amplificador sea alta para que la disipación de energía sea mínima. Con esto, la línea llevará mayor tensión y menor intensidad de la señal.

11 BAFLES. El bafle es el dispositivo anexo del altavoz que tiene doble finalidad. Por un lado fija el altavoz para evitar que se desplace en su movimiento. Por otro lado al ser una caja diseñada acústicamente, favorece la propagación del sonido que irradia el altavoz amplificando en fase la propagación del sonido. El bafle está constituido de manera que el aire circundante del altavoz en las compresiones se hace pasar por una serie de pareces dentro de la caja que refuerza la ondas sonora que se genera en la compresión y expansión del cono del altavoz. En la imagen siguiente, a la izquierda, durante el primer ciclo positivo de la señal, el altavoz produce en su parte frontal una compresión llamada zona de compresión en la cual el cono se expande hacia afuera. En su parte interior, el propio cono produce una zona de rarificación, es decir genera un vacio en la parte posterior del altavoz. En la parte de la derecha, al cambio de compresión se realiza con el ciclo negativo de la señal y se aplica en la parte posterior del altavoz, produciendo un vacío en la parte delantera del mismo.

12 Cuando el altavoz irradia al aire libre sonido sin ningún tipo de caja, el altavoz mueve el aire que lo rodea, pero lo hace tanto por delante del cono como por detrás del cono. El efecto de que se generen presiones de aire de igual magnitud pero diferente fase, ya que en un mismo desplazamiento del cono se produce por un lado del cono una presión y por el otro un vacío del aíre. Como consecuencia de éste efecto dual del cono, la onda sonora se puede cancelar parcialmente dependiendo de la señal, por lo que se traduce en una disminución de la energía sonora. Y como ya hemos hablado de que el sonido no se escucha igual en un lugar u otro, ya que varía según la distancia de la fuente, el ambiente y el tipo de altavoz, lo que queremos conseguir es que el sonido que salga del altavoz sea lo más fiel posible a la fuente de sonido que lo generó.

13 El problema anterior se puede resolver anteponiendo una pantalla entre el cono y la parte posterior del altavoz. Con esto, se consigue que el altavoz sea direccional y que las ondas producidas por la compresión del cono no se unan a las ondas generadas por el retorno del cono y así no se producirá una disminución de la señal sonora. Anteponer una pantalla dejando un hueco para la salida del sonido es una solución muy adecuada para evitar el efecto de neutralización de la onda sonora. Así cada vez que se mueva el cono, directamente generará una presión hacia afuera que agitará el aire. Mientras tanto, las ondas generadas por el retroceso del cono, como están separadas de la parte delantera, chocan con el muro y son absorbidas por éste, el cual evita que lleguen a la parte delantera del altavoz y se produzca el batido de frecuencias. Está claro que para evitar por completo la fusión de las ondas del altavoz, el panel debería de ser infinito (o de un tamaño imposible), pero en la práctica es mejor reducir el efecto anteriormente mencionado que construir un panel infinito que nos va a costar una salvajada y es imposible. El problema de éste es que la onda posterior del cono afecta a la estabilidad de la pantalla y transmite la vibración a través del medio del panel. Por eso para la construcción de cajas se utilizan materiales rígidos para evitar que el sonido produzca una reverberación en el aire que rodea al panel.

14 A la pantalla que hace que las ondas posteriores y anteriores del cono se mezclen inmediatamente, es lo se denomina Bafle. CAJA ACÚSTICA. Cuando al bafle se monta dentro de una caja cerrada, lo que estamos haciendo es hacer que la respuesta en frecuencia del bafle sea mejor, ya que la onda posterior del cono del altavoz queda encerrada dentro del bafle y se amortigua sola sin interferir en la onda principal del cono. Es decir la onda anterior del cono queda suprimida completamente, con lo que la señal sonora se reproduce como tal. Este tipo de bafle infinito conlleva una pérdida de potencia en el altavoz. Esa pérdida de potencia viene dada por la presión que se genera en el interior de la caja. Mientras mayor sea el volumen de la caja, mejor será la respuesta del altavoz, y mientras más pequeña sea, menor será la respuesta. Eso es debido a que la membrana del cono se desplazará más si el interior del bafle infinito se lo permite. Físicamente, a menor volumen, mayor presión. Por esa regla de tres mientras más pequeño sea el bafle, más presión habrá que aplicar al cono para reproducir sonidos, ya que la presión interna del bafle impide al cono desplazarse en progresión aritmética como lo haría sin bafle infinito. Para que lo entiendas imagina un globo que quieres llenar de aire; al principio entra fácil el aire, pero cuando se va llenando cuesta mucho más llenarlo. La diferencia de presión entre el interior del globo y el exterior del globo hace necesario que apliques mayor energía para mantener la velocidad de inflado (o la propagación sonora en el caso del sonido).

15 Bass-Reflex. Esta variante de bafle, se trata de una caja acústica que tiene un orificio en la pared del bafle y que hace posible que la presión interna del bafle disminuya considerablemente. Con esto se consigue que el cono del altavoz pueda desplazarse más fácilmente y entregue mayor energía sonora. Además la onda generada por la parte posterior del cono sale por el orificio movida por la presión que genera el propio cono en su desplazamiento. Al salir el aire por el orificio, el cual está calculado en dimensión con el bafle, el sonido está en resonancia con el sonido que saca el altavoz. Calculando el aire que contiene el bafle y las dimensiones de abertura del orificio, se consigue sincronizar la caja y aumentar la respuesta del sonido a los graves. Además, el bafle Bass, sirve para obtener una respuesta plana de las bajas frecuencias al contrarrestar el pico de potencia que irradia el altavoz cuando entra en la frecuencia de resonancia (igual resistencia, menor presión del aire, mayor potencia). Para ello cuando se construye un bafle Bass, se hace que la frecuencia de resonancia del mismo coincida con la frecuencia de resonancia del altavoz. Laberinto acústico. El bafle Bass es mucho mejor que el bafle infinito. Pero aun así no se aprovecha la energía que cede la parte posterior del cono del altavoz. Si al interior del bafle se le agregan una serie de paneles colocados de manera calculada, el efecto del anterior será mucho mejor.

16 Éste tipo de bafle está diseñado para que las ondas de baja frecuencia (los graves principalmente) se refuercen exponencialmente debido al choque y la presión que adquieren entre una pared y otra del laberinto. De tal manera que cuando las ondas graves (que son las únicas que se propagan en todas direcciones con mayor facilidad), salgan por el orificio y se unan a la onda sonora que sale del altavoz en fase con ella. Por tanto el efecto generado es una mayor calidad de la onda sonora, mayor potencia de sonido y mejor rendimiento del altavoz. Rendimiento y sensibilidad. El rendimiento de una caja determina la potencia que irradia la misma según la potencia que se le entrega. Por esa regla de tres, si un bafle está diseñado para irradiar un vatio de potencia (1W) y el amplificador proporciona 50W, el rendimiento del bafle sería de 1:50. Eso significa que el bafle tiene un rendimiento de un 2 por ciento. Aunque parezca un muy bajo rendimiento, la cuestión es que suelen rondar estos valores e incluso más pequeños. Conocer el rendimiento de la caja es útil para tener una idea de cuál es su orden de magnitud. Entre una de sus magnitudes cabe destacar la sensibilidad que es la presión sonora que se obtiene a un metro de distancia cuando la excita una señal de un vatio de potencia. En cuanto a su sensibilidad, las cajas se dividen en: Bajo rendimiento: las que tienen sensibilidades inferiores a los 85 db. Medio: Cuya sensibilidad oscila entre 85 y 93 db. Alto: Sensibilidad superior a 93 db.

17 Potencia. Cuando hablamos de potencia, me estoy refiriendo a la potencia del altavoz. Aunque el bafle esté estrechamente ligado al altavoz, un exceso de potencia en la señal aplicada al altavoz suele repercutir en un exceso de vibración en la caja. De ello se obtienen frecuencias armónicas que podrían entrar en resonancia y agrietar el bafle. Antes, los equipos a sus salidas no estaban preparados en el caso de que ocurriera un error y a la bobina móvil del altavoz llegara una tensión continua elevada. Muchas veces se producen en los equipos de sonido, picos de la señal que podría destruir la bobina móvil debido a la potencia de la señal. En la actualidad, los altavoces están diseñados para que aguanten un valor máximo debido a la utilización de nuevos materiales para las bobinas y además, se añaden circuitos de protección a los mismos para evitar posible roturas por fallos del amplificador. El circuito de arriba muestra un sistema de protección de potencia. Si la potencia de la señal de salida del amplificador varía a un valor máximo establecido, esa corriente excita la bobina del relé y atrae sus contactos lo que cortocircuita la señal e impide que vaya al altavoz. Estos sistemas, hoy en día más sofisticados, se utilizan sobre todo como limitadores de sonido. Gracias por continuar estudiando en cursosindustriales.net En el siguiente capítulo estudiaremos los micrófonos y diversos captadores acústicos que usaremos en nuestro día a día como técnico de sonido. Si te ha gustado el tema, por favor no dejes de visitar mi página de Facebook en la dirección: Por lo demás espero verte pronto en otro de mis cursos.