¿Por qué los altavoces tienen diferentes tamaños? Guía por frecuencias

Cuando vas a tu especialista en electrónica móvil local en busca de nuevos altavoces, hay unos criterios a tener en cuenta. Elegir un tamaño de altavoz puede ir por dos caminos: puedes elegir algo que encaje en una ubicación de montaje específica o elegir basado en las características del altavoz relativas a su tamaño. ¿Te interesa saber por qué los altavoces vienen en diferentes tamaños? ¡Bien! Has llegado al lugar correcto.

¿Qué hace un altavoz?

El trabajo de un altavoz es convertir la señal eléctrica de tu amplificador en movimiento. El movimiento del cono del altavoz excita el aire a su alrededor. A medida que el cono se mueve hacia adelante, el aire delante del cono se presuriza. A medida que el cono se mueve hacia atrás, el aire se enrarece. Estas ondas de presión se extienden desde el altavoz y nuestros oídos detectan estos diminutos cambios de presión como sonido. Pretty simple, ¿no?

Consideraciones para reproducir sonido

Cuando se trata de reproducir sonidos, cuanto más baja la frecuencia, más difícil es producir el sonido. Por cada duplicación de frecuencia, el cono del altavoz tiene que moverse un cuarto de la distancia para producir el mismo nivel de salida. De ejemplo, si tu subwoofer tiene que mover 2 mm para producir 95 dB de salida a 40 Hz, solo tiene que mover 0,5 mm para reproducir 95 dB a 80 Hz. Para reproducir 95 dB a 160 Hz, el cono solo tiene que mover 0,125 mm.

El tamaño del cono del altavoz afecta cuánto sonido creará el altavoz para una cantidad dada de señal de entrada. Generalicemos un poco (porque muchos factores externos afectan esta afirmación): Un cono de 12 pulgadas tiene que moverse el doble de lejos que uno de 15 pulgadas para producir la misma cantidad de salida a una frecuencia dada. Eso también significa que el altavoz de 12 pulgadas requiere más potencia para producir el mismo sonido que el de 15.

Más grande siempre es mejor, ¿no?

Basado en esta lógica, simplemente deberías seleccionar el altavoz más grande posible para cada aplicación, ¿verdad? Pues no es tan fácil. Cuando entramos en medios y altas frecuencias, el cono del altavoz tiene que moverse hacia adelante y atrás muy rápido. Un tono de 1.000 Hz requiere que el altavoz se mueva adelante y atrás 1.000 veces por segundo. Un tono de 10 kHz requiere 10.000 de estos mismos movimientos por segundo. Si usamos un altavoz grande con un cono relativamente pesado, es muy difícil mantener el ritmo con la señal de entrada. ¿Por qué? Inercia.

Usemos una analogía para ayudar a explicar esto. Imagina que estás en un desfile ondeando una bandera. El poste mide 1,8 m (6 pies) y la bandera al final es de 90x150 cm (3x5 pies). La ondeas de un lado a otro tan rápido como puedes. Incluso si eres muy fuerte, lo más rápido que puedes ondearla es una, quizás dos veces por segundo. Ahora, mira al niño pequeño a tu lado en el desfile. Tiene una banderita de papel de 5x7,5 cm (2x3 pulgadas) en un palito de plástico de 12,5 cm (5 pulgadas). Sus manitas pueden ondear esa bandera de un lado a otro cinco o seis veces por segundo.

Los ingenieros de altavoces tienen que equilibrar varias características para lograr objetivos específicos para un diseño dado. Comparemos el peso del conjunto de cono para un subwoofer de 10 pulgadas vs uno de 10 pulgadas para medios usado en conciertos y sistemas de megafonía. Un típico subwoofer de 10" diseñado para tocar frecuencias por debajo de 150 Hz tiene un conjunto de cono (cono, bobina, former, media araña, media suspensión) que pesa unos 150 gramos. Un altavoz de 10" diseñado para frecuencias medias (150 Hz a 1 kHz) tiene una masa de conjunto de cono de unos 40 gramos.

Claramente, el conjunto más ligero puede moverse más rápido y mantener el ritmo en la reproducción de altas frecuencias.

¿Más ligero es mejor?

Ahora nos enfrentamos al dilema de equilibrar salida de bajas vs altas frecuencias. Un cono más ligero se moverá más rápido y es capaz de producir salida extendida en altas frecuencias. Un cono más pesado tiene una frecuencia resonante más baja y, por tanto, puede producir más salida en bajas frecuencias. Combina estas generalizaciones con problemas eléctricos que afectan la inductancia de la bobina, y further obstaculizamos la salida en altas frecuencias. Empieza a quedar claro que necesitamos altavoces de diferentes tamaños para diferentes aplicaciones.

Subwoofers

La mayoría de subwoofers van de 8 a 18 pulgadas. Como los subwoofers están diseñados para tocar frecuencias por debajo de 100 Hz en aplicaciones de audio para coche, necesitan mucha capacidad de excursión y una frecuencia resonante baja. Esto significa que los subwoofers tendrán conos relativamente pesados. En niveles altos de excursión, los conos están expuestos a tensiones significativas, así que el cono tiene que ser fuerte, y esto contribuye aún más a su peso. Los subwoofers tienen que manejar mucha potencia. Esta potencia nos permite mover el cono distancias relativamente grandes. El manejo de potencia requiere componentes más grandes en forma de formers y bobinados de bobina de mayor diámetro.

Drivers de medios-graves

Un driver de medios-graves dedicado está típicamente diseñado para tocar de unos 50 a 500 Hz. Los tamaños son típicamente de 6,5 a 8 pulgadas, pero algunos han usado drivers de 10 y 12 pulgadas. El cono tiene que ser más pesado que el de un medio, pero no lo bastante pesado para frenarlo en altas frecuencias.

Si miras el contenido frecuencial de un intérprete, verás que muchas voces se extienden hasta 100 Hz. La precisión en velocidad es importante en este rango. Resonancias y comportamiento no lineal causan distorsión armónica. Esto a menudo se percibe como "calidez" en la región de medios-graves. No queremos nada extra en nuestra música, así que la precisión es lo que importa.

Altavoces de medios

Los altavoces de medios se convierten en un acto de equilibrio de varias características. Por supuesto, el cono tiene que ser relativamente ligero, pero gestionar linealidad y distorsión se vuelve prioridad aún mayor. Es más fácil oír distorsión en frecuencias medias. El cono tiene que equilibrar masa, amortiguamiento y fuerza para prevenir deformaciones y causar armónicos. La suspensión tiene que ser muy lineal.

Gestionar la inductancia también se vuelve un problema más significativo porque puede reducir la salida en alta frecuencia. Los drivers de medios para aplicaciones típicas de audio para coche varían en tamaño desde 6,5 pulgadas y 6x9 pulgadas en el lado grande hasta tan pequeño como 2,5 pulgadas. Muchos drivers de medios intentan hacer doble función como drivers de medios-graves para uso en sistemas de audio de dos o tres vías. Aunque es un compromiso menor, es una necesidad. Consideramos que los altavoces de medios cubren el rango de 100 Hz a 3.000 o 4.000 Hz.

Tweeters

Para reproducir frecuencias por encima de 2,5 kHz, los tweeters necesitan conos muy ligeros. Los conos de tweeter no se mueven muy lejos, así que no requieren mucha excursión, pero aún tiene que haber suspensión. Resonancias en el cono pueden causar estragos en la respuesta en frecuencia. Tweeters premium pueden usar características como ferrofluido en el entrehierro para mejorar manejo de potencia. Tweeters premium también pueden incluir una tapa de polo de cobre para reducir inductancia y distorsión.

Consideraciones de directividad

Otra consideración al elegir altavoces es que todos los altavoces por encima de cierta frecuencia empiezan a volverse direccionales. La directividad se refiere a una reducción en la salida de alta frecuencia a medida que te mueves fuera del eje del altavoz. Si eliges tus altavoces y diseñas tu sistema cuidadosamente, puedes minimizar el efecto de la directividad. La única consideración real sería tener tus tweeters apuntando hacia ti.

El acto de equilibrio

Las aplicaciones de la información en este artículo varían, dependiendo de tu objetivo general para tu mejora de sistema de audio. Un simple set de altavoces coaxiales de reemplazo se elegirá por la aplicación de tamaño. Si estás construyendo un sistema de audio de alta gama con múltiples amplificadores, canales, procesamiento de señal digital y ubicaciones de montaje personalizadas, entonces elegir los altavoces correctos en términos de calidad y aplicación prevista se vuelve más importante.

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