Los altavoces convierten señales eléctricas en señales acústicas (lo contrario que un micrófono).
Principio de funcionamiento
Altavoz dinámico (ver página 86)
Características
Sensibilidad.
Respuesta en frecuencia.
Impedancia.
Potencia (soportada).
Distorsión.
Directividad.
Rendimiento.
Sensibilidad
Es el nivel de presión sonora, $L_P$ que genera el altavoz a 1m de su eje al alimentarse a 1W de potencia. Se expresa en dB/W/m
La sensibilidad $ S(dB/W/m)$ se mide colocando un sonómetro a $1m$ del altavoz cuando se le excita con una señal de $1W$.
Esto nos permite conocer el nivel de presión sonora en función de distancia al altavoz, potencia y sensibilidad:
$$ L(dB)=S(dB) + 10\log{P(W)}-20\log d(m) $$
Suele estar comprendida entre 84 e 110 dB/W/m.
No es un indicativo de calidad ya que un sonido potente no tiene porqué ser agradable.
Recuerda: al doblar la potencia, la presión sonora sube 3dB, al duplicar la distancia, baja 6dB.
Hacer ejemplos páginas 87, 88.
Respuesta en frecuencia
Similar a los amplificadores, sólo que el parámetro medido es la sensibilidad. Debe ser lo más plana posible:
Potencia
Se mide de dos maneras:
$P_{rms}$ (root mean square), potencia eficaz, potencia continua o potencia nominal. Es la que puede soportar un altavoz continuamente sin superar un nivel de distorsión determinado sobre la impedancia nominal especificada por el fabricante. Representa un nivel medio y constante de potencia que ofrece un amplificador sin producir distorsiones. Es un valor científicamente comprobable y se basa en una fórmula matemática. Los watts RMS son los conocidos como "watts reales". El sistema RMS refleja la potencia real, ya que existe un método standard para medirlo, haciéndolo totalmente independiente de fabricantes, marcas, etc., es un parámetro universal.
IMPORTANTE: Si un altavoz trabaja por encima de la potencia nominal, se dañará.
o altofalante funciona principalmente con variacións de intensidade que transforma en variacións de campo magnético, e estas a súa vez son transformadas por reación co campo magnetico do imán permanente, en enerxía cinética que despraza o conxunto de bobina móbil e cono asociado.
Como en calquera conductor un aumento de intensidade na bobina ocasiona un aumento de calor, este aumento de calor se é excesivo (sucede cando se sobrepasa a potencia máxima do altofalante) pode ocasionar a deformación da bobina móbil e o conseguinte roce cas pezas polares do imán, tamén pode ocasionar que se queime o esmalte do cobre da bobina ca posibilidade de poñer espiras en corto e avariar o ampli por disminución da impedancia. Por último tamén podería ocasionar a fusión do fío da bobina.
$P_{PMPO}$ (Peak Momentary Power Output, potencia momentánea por pico). Picos de potencia de pocos microsegundos. No está normalizada, ni existe fórmula de conversión a RMS. No tomar en cuenta.
Un altavoz real lo compone una carga serie formada por resistencia (en su mayor parte) y bobina.
La parte resistiva se puede medir con un polímetro, pero la reactancia varía con la frecuencia. Existe una frecuencia de resonancia cuya potencia de salida es máxima. Por debajo de ella el altavoz no es usable.
Ejemplo de resonancia:
Ángulo de cobertura
El ángulo de cobertura de un altavoz se define como el ángulo en el que la sensibilidad decae 6 dB en relación al eje del altavoz. Debe ser mayor del necesario para cubrir a la audiencia para así mitigar reflexiones y otros obstáculos.
Rendimiento
Muy bajos, típicamente entre 1 y 5%
Distorsión armónica total (THD)
Se mide en %.
Expresa o porcentaxe de harmónicos que reproduce o altofalante cando recibe unicamente un son puro.
Canto menor sea o porcentaxe de distorsión, maior será a fidelidade ca que o altofalante reproduza o son.
A distorsión dun altofalante sole estar entre 0,1 e 10 %.
Ver pgs 91, 92, 93 del libro de Paraninfo o apuntes del IES Los Viveros.
Diámetro y respuesta en frecuencia
A resposta de frecuencia dun altofalante indica as frecuencias mínima e máxima que é capaz de reproducir, sen que a variación do nivel reproducido no marxe de frecuencias dado, supere un límite determinado: entre 1 e 10 dB.
A frecuencia mínima dun altofalante está fixada pola frecuencia de resonancia do propio altofalante.
A resposta debe ser o mais ampla posible, pero tamén plana, o que implica que a desviación en dB sexa a mínima posible.
Según su diámetro (Los diámetros siempre se miden en pulgadas: 1” = 2,54 cm):
Woofer (bajos)
Squawker (medios)
Tweeter (altos)
Non é posible construír un altofalante que reproduza todas as frecuencias comprendidas entre 20 Hz e 20 kHz.
Un altofalante grande reproduce ben os graves, pero debido á gran masa que ten o seu cono, é incapaz de moverse ao ritmo rápido que impoñen os agudos.
Un altofalante pequeno reproduce ben os agudos, pero a súa frecuencia de resonancia é alta, e polo tanto non pode reproducir os graves.
La frecuencia mínima de un altavoz está fijada por la frecuencia de resonancia del propio altavoz. La respuesta debe ser lo más amplia posible, pero también plana, lo que implica que la desviación en dB debe de ser la mínima posible.
Tamaño do altavoz e resposta en frecuencia:
A frecuencia máis alta que pode reproducir un altofalante, é a que ten unha lonxitude de onda igual ao diámetro do altofalante.
$f_{máx}=343/D$
A frecuencia mas baixa que pode reproducir un altofalante, é a que ten unha lonxitude de onda 10 veces superior ao diámetro do altofalante.
$f_{mín}=\frac{343}{10\cdot D}$
Conexión de altavoces
Ten en cuenta que tienen una polaridad que debes respetar:
Para identificar los terminales puedes usar una pila DC, el cono sale afuera en la polaridad correcta:
Cajas acústicas o bafles - cortocircuito acústico
Cuando se aplica una señal eléctrica a un altavoz, el diafragma se desplaza hacia fuera si esta es positiva, mientras que si es negativa, lo hace en sentido contra· rio, es decir, hacia dentro. Esto provoca que el nivel de presión sonora que se genera tenga signo diferente en cada lado del altavoz. Esto provoca la cancelación del sonido (cortocircuito acústico) en los extremos del altavoz cuando se encuentran los dos frentes de onda, ya que existe una oposición de fase entre ellos.
Los altavoces se montan en cajas para protegerlos y evitar el fenómeno del cortocircuito acústico.
Recinto infinito (mayor que la longitud de onda más grande) $\lambda=v/f=343/40=8.57m$
Recinto cerrado. Caja completamente cerrada, que evita que las señales radiadas en la parte posterior del altavoz se propaguen, por lo que se mejora las condiciones acústicas, pero se reduce el rendimiento. Modifica respuesta en frecuencia del altavoz, ya que se producen resonancias debido a las dimensiones de la caja.
Caja abierta (ranuras) y caja de compresión (material absorvente)
Cajas bass-reflex. Son cajas que reflejan los bajos. Para ello la caja contiene un dueto, denominado puerto réflex, que tiene por misión extender la respuesta a las bajas frecuencias, aprovechando el sonido que se produce en la parte posterior del altavoz
Recintos con radiador pasivo. es un recinto bass-réflex en el que se sustituye el aire de la abertura del puerto por un altavoz desprovisto de bobina, el cual se excita por las variaciones de presión del aire encerrado dentro del recinto
Otros
Altavoces de bocina y columnas acústicas, proyectores de sonido (pgs 96-98)
Conjuntos de altavoces (arrays)
Ejercicios sensibilidad y resonancia
Ejemplos pgs 87-88.
Calcula la sensibilidad de un altavoz si está conectado a una etapa de 80W y a un metro de distancia el sonómetro indica 110 dB.
S=91 dB
Un sonómetro capta 76dBSPL provenientes de una fuente puntual a una distancia de 150cm. ¿Qué LP captará a 280cm?
Calcula el rango de frecuencias de un altavoz elíptico de 6”x9”.
Los medidores de “LCR” son un tipo de polímetros para medida de componentes pasivos, esto es: resistencias, condensadores e inductancias (bobinas). No son específicos de audio aunque cumplen.
Entiende cómo funciona el altavoz
El altavoz y su circuito equivalente
Antes de nada piensa que:
Los altavoces equivalen a una resistencia en serie con una bobina.
La resistencia es fija (bueno, varía un poco con la temperatura).
Las reactancias (bobinas, condensadores) en ohmios dependen de la frecuencia de las señales que las atraviesen.
El sonido audible por el ser humano abarca frecuencias desde 20 Hz hasta 20 kHz.
La impedancia anunciada por el altavoz suele ser para 1 kHz si el altavoz es toda banda. El medidor realiza el cálculo mediante una señal de prueba, que es audible.
Parámetros del medidor
Botón “FREQ”: Medidas con la señal de prueba a 1 kHz (aguda) o a 120 Hz (grave). La impedancia anunciada por el altavoz suele ser para 1 kHz si el altavoz es toda banda. La señal de prueba se oirá y notarás la diferencia entre una y otra.
Botón “LCR”: Muestra en pantalla dos de las tres medidas. Nos interesan “R” y “L”.
OL: ”open loop”, indica que estás midiendo en circuito abierto.
Botón “RANGE”: Similar a la rosca de escalas del polímetro. Aquí no vas a tener que cambiar a menudo ya que las impedancias oscilan entre 4 y 32 ohm. Las inductancias estarán en el orden de uH.
Botón “HOLD”. Mantiene la medida en pantalla. Útil si estás en una situación incómoda o en la que te cuesta mantener un buen contacto en las sondas.
Botón “SET”. Para calibración cuando las medidas no sean correctas. Te pedirá ponerlo en circuito abierto y luego en cortocircuito.
El profesor te dará un montón de altavoces (no amplificados) y tú deberás hacer una tabla de medidas en la que se indique:
Marca y modelo del altavoz
Impedancia anunciada $Z_{nominal}$ (se mide en ohmios).
Resistencia medida (ohmios).
Inductancia medida a 1kHz (se mide en Henrios).
Reactancia inductiva: $X_L=2 \cdot \pi \cdot f \cdot L$ (se mide en ohmios). Puedes usar Electrodroid “Calculadora de reactancia/resonancia):
Cálculo de Xl a partir de una medida de L para 1 kHz
Impedancia calculada en función de los parámetros anteriores: $Z_{medida}=\sqrt{R^2+X_L^2}$
Aproximadamente, ¿coincide la impedancia anunciada con la medida?
Medidor de impedancia de altavoces y cajas acústicas con WinISD
Repite para conjunto de altavoces formado por una asociación de los tres (usa fichas para unirlos)
Medir frecuencia de resonancia
Poner generador de función a 1kHz, colocar 15Ω en serie con el altavoz para hacer un divisor de tensión. (A QUÉ VOLTAJE PICO???). Medir con voltímetro la tensión en el punto más alto. Ten en cuenta que debajo de la frecuencia de resonancia no funciona.
