¿Cómo funcionan los altavoces? Guía completa con diagramas

¿Alguna vez escuchando música te has preguntado cómo un altavoz crea sonido? En este artículo detallado, con explicaciones claras y diagramas, te explico cómo funcionan.

También aprenderás:

• Las piezas interiores de un altavoz
• Altavoces de cono simple vs coaxiales
• Altavoces de 2 y 3 vías explicados
• Cruces de altavoz
• Qué significan impedancia, sensibilidad y respuesta en frecuencia

Primero lo primero: ¿Qué hay dentro de un altavoz?

Un altavoz (loudspeaker) a veces se llama altavoz electrodinámico porque convierte electricidad en movimiento mediante campos magnéticos creados por la señal eléctrica musical. Un driver de altavoz es un conjunto individual usado para armar un sistema de altavoz.

Partes de un altavoz

La mayoría de altavoces constan de las siguientes piezas que trabajan juntas para crear sonido:

• Imán permanente: Proporciona campo magnético fijo alrededor de la bobina de voz para permitir el movimiento.
• Bobina de voz (voice coil) y bobina (bobbin): El bobbin es un tubo redondo unido a la base del cono. Un cable muy largo y enrollado estrechamente, la bobina de voz, crea campo magnético al pasar corriente de la señal musical del amplificador.
• Araña o suspensión (spider): Material tejido fino con forma ondulada que sostiene el conjunto bobbin-bobina y ayuda a devolver el cono a su posición al moverse.
• Cono (diafragma) y tapa antipolvo (dust cap): Material rígido en forma de cono que mueve el imán y la bobina juntos para mover aire y crear sonido. La tapa antipolvo es material fino (como una «tapa») que cubre la abertura central para evitar polvo y suciedad.
• Cesto (basket) del altavoz: Marco de metal fundido o estampado donde se fijan las piezas y mantiene todo alineado. También permite montar el conjunto en una caja.
• Terminales del altavoz y cable trenzado: Los terminales son pestañas o conectores metálicos que conectan el cable de altavoz. Conectan a la bobina de voz mediante cable trenzado flexible que se mueve con el cono.
• Suspensión perimetral (surround): Material circular flexible y duradero (normalmente goma o espuma) que une el borde superior del cono al cesto.

¿Qué hace el cono del altavoz?

El cono del altavoz (también llamado diafragma) es el componente principal responsable de crear una onda sonora cada vez que mueve aire de ida y vuelta rápidamente. Suelen ser de materiales ligeros pero rígidos como papel prensado, plásticos, fibra de carbono o incluso metal fino.

El nombre «cono» se refiere a su forma: cono invertido con abertura central donde se une el conjunto bobbin-bobina. Una tapa antipolvo cubre esta abertura en la base para evitar contaminantes. Ambos se apoyan en la base por un material rígido pero flexible a veces llamado «araña».

El tipo y diseño depende del altavoz. Por ejemplo, los subwoofers producen grandes ondas de graves y mucho movimiento de aire y necesitan diseño más grueso y rígido.

Por el contrario, los tweeters usan diseño muy pequeño, en forma de cúpula y ligero para rendimiento en agudos, porque este rango usa ondas sonoras más pequeñas.

¿Qué hace el imán del altavoz?

Los imanes de altavoz suelen ser imanes permanentes (normalmente cerámicos o neodimio) con una ranura circular fina donde queda suspendida la bobina de voz. El imán proporciona un área de campo magnético estable que atrae o repele la bobina de voz.

Como la bobina desarrolla campo magnético, es un poco como un electroimán. Los imanes de neodimio son más fuertes para su tamaño (campos magnéticos más densos) pero los cerámicos, aunque más grandes, son más rentables. Por eso los cerámicos son más populares en altavoces.

Algunos, pero no todos, los imanes tienen un orificio central para ventilar la bobina y mantenerla fresca.

¿Qué es un altavoz de doble bobina (dual voice coil)?

Los altavoces de doble bobina ofrecen un segundo devanado en el mismo altavoz y sobre el mismo bobbin. Estos permiten opciones adicionales que los de bobina simple no:

• Flexibilidad en cableado (2, 4, 8 ohmios, etc.) para mejor compatibilidad con amplificadores y receptores.
• Para subwoofers u otros altavoces grandes, puedes alimentarlos con más configuraciones de cableado o incluso 2 amplificadores cada uno, imposible con bobina simple.
• Pueden ser alimentados con 2 canales de amplificadores que no se pueden puentear para más potencia.

Lo más común es encontrar subwoofers disponibles en versión de doble bobina por un poco más de dinero.

Aunque ofrecen más opciones de cableado, los altavoces de doble bobina (DVC) no ofrecen mejor rendimiento que sus homólogos de bobina simple (SVC).

Además, altavoces como tweeters para agudos y medios para instrumentos y voces no suelen fabricarse en versión doble bobina.

Ejemplos de dos bobbin con doble bobina. Izquierda: las dos bobinas no están juntas; (derecha) en este ejemplo están una encima de otra.

¿Cómo funcionan los altavoces? Explicación paso a paso + diagrama animado

En este diagrama animado ves cómo funciona un altavoz. El estéreo o amplificador mueve el altavoz con señal eléctrica que alterna de positivo a negativo con la forma de la señal musical.

Al hacerlo, la corriente fluye por la bobina de voz, creando campo magnético que la hace moverse hacia o lejos del imán al cambiar de positivo a negativo. Esto mueve el conjunto del cono creando ondas sonoras al mover el aire rápidamente. Los altavoces usan corriente alterna (CA) que cambia de dirección (polaridad) igual que las ondas sonoras reales.

Diagrama completo de funcionamiento

Un altavoz (también llamado loudspeaker, nombre de antaño) usa señal eléctrica de corriente alterna (CA) y es impulsado por estéreo o amplificador.

La señal eléctrica al altavoz es un voltaje amplificado que duplica la señal musical original de una fuente de audio pero con potencia suficiente para mover los altavoces con buen volumen.

Paso a paso de cómo funcionan los altavoces:

1. (Desde punto de salida cero) Un voltaje de salida que representa la forma de onda musical empieza y sube. La corriente comienza a fluir por la bobina de voz del altavoz del lado positivo al negativo.
2. Se crea campo magnético alrededor de la bobina con la misma polaridad que el imán permanente unido al cesto. (Recuerda: campos magnéticos iguales se repelen, opuestos se atraen)
3. El cono/diafragma empieza a moverse hacia adelante y crea presión de aire, generando sonido.
4. Al subir el voltaje hacia la cresta de la onda sinusoidal en la señal musical, la corriente aumenta y la bobina incrementa su fuerza de campo magnético.
5. Esto empuja el cono aún más hacia fuera.
6. La señal pasa el punto máximo y empieza a bajar. La corriente también baja y el cono comienza a volver hacia su posición de reposo (voltaje cero).
7. La señal llega a cero (también llamado «umbral de cruce por cero») y el cono está donde empezó.
8. La señal empieza a invertirse al cambiar a voltaje negativo. Entonces la corriente fluye del lado negativo de la bobina al positivo, creando campo magnético de polaridad invertida.
9. El campo de la bobina es ahora opuesto al imán permanente, que lo atrae, y el cono empieza a moverse de frente a atrás (en vez de atrás a frente original).
10. Al continuar la señal, el cono se mueve en reversa, creando la otra mitad de las ondas sonoras por el movimiento del aire.
11. La salida del amplificador/estéreo vuelve a cero y comienza la siguiente señal de audio al subir el nuevo voltaje, repitiendo el ciclo.

En cierto modo, los altavoces son una especie de motor eléctrico: se alimentan con señal eléctrica y la convierten en salida mecánica: mover aire para crear sonidos musicales.

Ocasionalmente se les llama transductores.

¿Qué significa impedancia de altavoz? (Valores en ohmios explicados)

La impedancia del altavoz, medida en ohmios, es la resistencia total al flujo de corriente eléctrica a través de la bobina de voz.

A diferencia de conductores estándar, al estar la bobina enrollada estrechamente, esto complica las cosas porque añade inductancia. La inductancia difiere de la resistencia al cambiar con la frecuencia, lo que se llama reactancia inductiva.

En otras palabras, cuando los campos magnéticos de la bobina se crean, se oponen un poco al flujo de corriente.

Por propiedad de la física y cómo funciona la inductancia, la «impedancia» del altavoz (resistencia total) no es la suma de la resistencia y la reactancia inductiva – es un poco más complicado.

En su lugar, es la suma algebraica (raíz cuadrada de la suma de cuadrados) de cada una. La reactancia inductiva se escribe comúnmente «Xl» y se mide en ohmios como la resistencia estándar.

Fórmula de impedancia de altavoz

Si te gustan las mates, aquí ves cómo se calcula la impedancia. Es la suma geométrica de la resistencia del cable de cobre en la bobina y la resistencia causada por su inductancia a una frecuencia dada.

Lo más importante para entender la impedancia:

• La impedancia del altavoz siempre es igual o mayor que la resistencia del cable de la bobina. Puedes medirlo con un óhmetro.
• El número de impedancia en un altavoz es una guía general de compatibilidad, no exactamente lo que mide el altavoz.
• La impedancia cambia ligeramente (sube) al aumentar la frecuencia reproducida.

De hecho, si usaras un tester para medir los ohmios (impedancia) de la bobina de un altavoz, hallarías unos 3,2-3,6 ohmios para uno de 4 ohmios y 6 ohmios o más para uno de 8 ohmios.

Imagen mostrando cómo medir impedancia con óhmetro. Esto mide solo la resistencia de corriente continua (CC) del cable en la bobina, no la impedancia total con música sonando por la inductancia. Sin embargo, estará muy cerca en la mayoría de casos y podrás saber la categoría de ohmios (4, 8, etc).

¿De dónde salen los altavoces de 4 y 8 ohmios?

Los de 4 ohmios (y a veces 2) son lo más común en audio de coche. La práctica empezó hace tiempo cuando radios y altavoces se instalaban de serie al fabricar coches.

Como solo hay voltaje bajo (12 V) para alimentarlos en coches, es más difícil producir potencia para el altavoz que en estéreos domésticos donde hay voltaje abundante.

8 ohmios es lo más común en altavoces de estéreo doméstico. Los estéreos de casa se alimentan de voltaje más alto (110 V en EE. UU.) así que es más fácil diseñarlos y pueden mover altavoces de mayor impedancia (8 ohmios) fácilmente. En ambos casos, estos valores de ohmios se volvieron estándar para altavoces de casa y coche.

¿Por qué se necesita una caja (enclosure) para el altavoz?

Una caja de altavoz (enclosure o «box») es muy importante por varias razones:

• Evitar que ondas sonoras frontales interfieran y cancelen las traseras.
• Permitir que graves de baja frecuencia se produzcan correctamente, se afinen o mejoren.
• Amortiguar vibraciones de los altavoces al trabajar.
• Dirigir cómo se dispersa el sonido.

Una caja (o «cabinete») suele ser de material grueso como madera o tablero de fibra de densidad media (MDF) por ser fuertes y no flexionar mucho. Mientras subwoofer o altavoz de medios necesita estructura sellada, los tweeters no.

Eso es porque los tweeters dirigen sonido solo al frente y no producen ondas hacia atrás. En algunos casos (como altavoces surround) pueden ser más pequeños que el par frontal (principal).

¿Qué son respuesta en frecuencia y sensibilidad de altavoz?

¿Qué es la respuesta en frecuencia?

Ejemplo de gráfico típico de respuesta en frecuencia. Los altavoces no son perfectos y no producen volumen perfectamente uniforme en todo el rango audible. Por eso ayuda saber en qué rango rinden bien.

La respuesta en frecuencia es el rendimiento medido de un altavoz, en decibelios (dB) de volumen, sobre un rango de frecuencias. Suele ser el rango estándar de 20 Hz a 20 kHz para altavoces de audio.

El rango 20-20 kHz se usa porque es el que un humano con buena audición percibe y donde se graba la música a menudo.

La respuesta en frecuencia es importante para:

• Emparejar altavoces para sistemas de 2 o 3 vías
• Elegir los altavoces de mejor rendimiento para un diseño
• Diseñar sistemas de altavoz y cruces
• Usar ecualizador o procesador de señal digital (DSP) para corregir zonas donde el altavoz produce demasiado (pico) o demasiado poco (valle)

Aunque algunos altavoces incluyen gráfico u otras especificaciones para entender su rendimiento, no todos lo hacen. Sueles encontrarlo en distribuidores que venden drivers sueltos para diseños avanzados.

La mayoría de altavoces de coche o casa de estantería no incluyen gráfico real, solo rango aproximado. Los más caros pueden incluirlo.

Si tienes el equipo adecuado, también puedes medirlo tú en casa con un analizador en tiempo real (RTA) y micrófono de calidad para ello.

¿Qué es la sensibilidad del altavoz?

La sensibilidad es una medición del fabricante. Es el volumen producido a una frecuencia fija y (normalmente) con 1 vatio de potencia entregado al altavoz a 1 metro (3,28 pies) del micrófono de prueba.

La sensibilidad es una especificación del fabricante útil para comparar o emparejar altavoces. Es la medición del volumen, en decibelios (dB), que produce un altavoz a 1 metro de un micrófono de prueba para una sola frecuencia.

Suele expresarse como «89 dB @ 1W/1M» por ejemplo.

En la mayoría de casos, la medición estándar es el volumen en dB a 1 vatio a 1 metro y a menudo se usa frecuencia como 1 kHz (según tipo de altavoz).

La sensibilidad varía de altavoz a altavoz, siendo los tweeters más eficientes (producen más sonido a misma potencia) que otros. Los subwoofers son menos eficientes al necesitar más potencia para mover cono pesado y crear sonido.

Los subwoofers tienden a tener sensibilidad ~87 dB, medios ~89 dB, y tweeters hasta 93-102 dB según tipo.

Diferencias en medición de sensibilidad

La sensibilidad a veces se mide ligeramente distinto. Porque se necesita voltaje distinto para 4 vs 8 ohmios para producir misma potencia, ya que la resistencia en ohmios (impedancia) es distinta.

Por tanto, fluye menos corriente por altavoz de 8 ohmios, recibiendo menos potencia para mismo voltaje que uno de 4 ohmios.

En ese caso, puede usarse sensibilidad en dB a 2,83 V/1M para 8 ohmios. A 2,83 V un altavoz de 8 ohmios desarrolla 1 vatio. Similarmente, para 4 ohmios puede usarse dB a 2 V/1M.

Estas mediciones no están realmente estandarizadas en la industria, así que el fabricante puede dar «1W/M» o «xV/M», según lo que proporcione. Al usar esta medición para comparar o emparejar, es importante fijarse en esto.

¿Qué son los altavoces coaxiales?

Los altavoces coaxiales son tipo de altavoz de 2 vías diseñado para ocupar menos espacio y reemplazar altavoces de cono simple. Suelen incluir tweeter separado y uno o más cruces integrados. Ofrecen mejor sonido que cono simple y más opciones de precio e instalación.

Los coaxiales son altavoces de 2 vías montados en el mismo «eje» o en el mismo conjunto. La mayoría dan cono de rango completo y añaden tweeter separado con cruce para mejor fidelidad y respuesta vs altavoz de cono simple estándar.

Piensa en coaxiales como punto medio entre altavoces de cono simple (los más básicos, rendimiento mediocre o pobre) y componentes separados (altavoces separados con cruce externo). Ofrecen buena fidelidad a precio asequible en la mayoría de casos.

Ventajas de los altavoces coaxiales:

• Mejora fácil: son reemplazo directo de conos simples mal sonantes.
• Más opciones de fabricación y rangos de precio (distintos niveles de tweeter, diseño de cruce, materiales de cono, etc.)
• Rendimiento algo similar a componentes separados de 2 vías sin necesidad de caja de cruce aparte voluminosa.
• Son muy comunes – de hecho, son la mejora más popular en audio de coche y fáciles de encontrar.
• Muy asequibles: buenos coaxiales se encuentran desde ~25 € el par según tamaño y calidad.
• Arreglan la mala respuesta en frecuencia (frecuencias faltantes) de los conos simples.

Coaxiales vs altavoces estándar/cono simple

Los coaxiales ofrecen mejor rendimiento sonoro que los estándar de cono simple, incluso los que tienen cono «whizzer» añadido para mejorar agudos. Dan mejor respuesta en frecuencia porque añaden uno o más conos (normalmente tweeter) para producir el rango superior (agudos) que un cono simple no puede.

Los coaxiales suenan mejor

Aunque algunos altavoces baratos estándar tengan cono «whizzer» (pequeño 2º cono unido al grande para mejorar agudos), siguen decepcionando. En mis años de instalación de altavoces de coche, no recuerdo ni uno solo que mereciera la pena mantener frente a un coaxial.

Los coaxiales, en cambio, usan al menos un altavoz adicional (normalmente tweeter) para compensar y producir agudos más nítidos y mejor sonido.

De hecho, incluso los altavoces de serie de fábrica, a menudo de muy bajo coste, los coaxiales – incluso para un par que suene bien – no son caros. Puedes conseguir un par que suene genial por 25-30 € o más hoy día y unos 20 € si el presupuesto es muy ajustado.

¿Qué es un altavoz de 2 vías? ¿Y de 3 vías?

¿Qué es un altavoz de 2 vías?

Los altavoces de 2 vías usan tweeter y woofer separado, trabajando juntos, para crear reproducción de rango completo. En este sistema, los tweeters reciben solo agudos de cruce paso alto mientras el driver principal recibe medios y graves de cruce paso bajo. Resultado: sonido muy claro y agradable.

Los altavoces de 2 vías son el diseño de bajo coste más común hoy tanto para casa como coche. Usan tweeter, recibiendo solo agudos de cruce paso alto, y woofer, recibiendo solo graves y medios de cruce paso bajo, para producir rango completo.

En otras palabras, separan el sonido que oyes entre dos altavoces para mejores resultados que uno solo. Esto se hace porque los woofers no producen bien agudos y deben evitarse que reproduzcan frecuencias altas.

Igualmente, los tweeters distorsionan al intentar producir graves o bajas frecuencias. El uso de sistema de cruce de 2 vías limita el rango que cada uno recibe, permitiendo menor distorsión y mejor calidad a volúmenes altos también.

¿Cómo funciona el cruce de un altavoz de 2 vías?

Los cruces de 2 vías usan componentes eléctricos para filtrar y dividir la señal musical del amplificador o estéreo entre tweeter y woofer, resultando en mejor sonido.

El cruce paso alto bloquea graves y medios que distorsionan y el tweeter no aguantaría. Del mismo modo, el filtro paso bajo bloquea agudos que un altavoz de graves no reproduce bien y causarían mal rendimiento.

Al sonar, la salida dividida del cruce resulta en salida de audio de rango completo mucho mejor que un solo altavoz podría producir.

¿Qué es un altavoz de 3 vías?

Los altavoces de 3 vías son una extensión de los de 2 vías con la adición de un 3er altavoz usando cruce paso banda. El 3er altavoz permite medios mejorados y aún mejor producción, menor distorsión y claridad al descargar el rango medio a un driver dedicado.

Sin embargo, el diseño del cruce (según el orden, o agudeza del corte) es más complicado para los que tienen corte más pronunciado para bloquear frecuencias no deseadas.

Los de 3 vías son menos comunes por el coste y complejidad añadidos, pero buena opción para constructores y audiófilos que buscan rendimiento más avanzado. También ofrecen opción de mejorar sonido usando altavoces de medios de alto rendimiento más adecuados que los de medios-graves.

¿Qué es un altavoz Bluetooth?

Diagrama de cómo funciona un altavoz Bluetooth. Los altavoces inalámbricos como este reciben la señal de audio en formato digital, la convierten de nuevo a analógico, amplifican y mueven el altavoz interno.

Los altavoces Bluetooth son esencialmente un sistema de sonido portátil formado por batería, receptor inalámbrico integrado y amplificador, y altavoces. Se conectan por protocolo BT a smartphones, TVs, etc. La música se transmite en formato digital al receptor, se convierte de vuelta a la señal original antes de amplificar para alimentar el driver o drivers internos.

Al usar batería, son muy portátiles y geniales cuando no necesitas receptor o amplificador grande.

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