Los altavoces son transductores electroacústicos, es decir, dispositivos que convierten la energía eléctrica (señales eléctricas) en energía acústica (sonidos).
El tipo de altavoz más común y tradicional es la bobina móvil electrodinámica.
Encontrados con la capacidad de reproducir sonidos de potencias entre 50 mW y más de 1 000 W, estos altavoces permanecen firmes en su uso práctico, incluso después de más de 60 años de su invención.
En la figura 1 tenemos algunos tipos comunes de altavoces, ya que los encontramos hoy en la mayoría de las aplicaciones prácticas.
Para comprender cómo funciona un altavoz electrodinámico común, partimos de la estructura básica que se muestra en la figura 2.
Una bobina está unida a un cono que puede moverse hacia adelante y hacia atrás, unida por una junta en sus bordes. Esta bobina está dentro del campo magnético de un imán, reforzado por una pieza polar de metal ferroso.
Cuando una corriente eléctrica, correspondiente a una señal de audio, circula a través de esta bobina, se crea un campo magnético que interactúa con el campo del imán y la parte polar.
De esta manera, se crea una fuerza cuya dirección depende de la polaridad de la señal, moviendo el cono hacia adelante y hacia atrás.
Por lo tanto, si la señal aplicada es una corriente alterna, el cono se moverá hacia adelante y hacia atrás a la misma frecuencia y con una característica de movimiento cuya forma de onda corresponde a la señal original.
Las ondas de compresión y descompresión de aire se producirán en contacto con el cono, que se propagará a través del espacio en forma de ondas de sonido, como se muestra en la figura 3.
La potencia de esta onda de sonido depende de varios factores, como la potencia de la señal aplicada y también las características mecánicas del material utilizado en el cono.
La membrana cónica de los altavoces tradicionales estaba hecha de cartón, pero en los altavoces modernos están hechos de plástico con características especiales que permiten reproducir el sonido con la mayor fidelidad posible.
La rigidez del cono, más el grosor del cable utilizado en la bobina, determina la reproducibilidad (potencia) de un altavoz.
Si aplicamos más potencia a un altavoz de lo que puede reproducir, el cono puede romperse, la bobina se romperá o el altavoz se "quemará".
Fidelidad de Reproducción
Analizando la figura 4, vemos que los sonidos de las diferentes bandas de frecuencia se reproducen en diferentes regiones del cono.
Las longitudes de onda más largas, como las de los sonidos graves (frecuencias bajas), necesitan una superficie de reproducción más grande.
Por esta razón, los altavoces tradicionales tienen dimensiones según el rango de ondas o sonidos que deben reproducir.
Esto significa que los altavoces se dividen en grupos según el rango de sonidos, como se muestra en la figura 5.
La división más común es que utiliza tres altavoces en un sistema de sonido, uno para sonidos graves, otro para rango medio y un tercero para agudos, como se muestra en la figura 6.
En esta división, el tweeter (altavoces agudos) es un altavoz pequeño destinado a reproducir sonidos de alta frecuencia. El rango medio (altavoz de rango medio) está destinado a la reproducción de sonidos de rango medio y el woofer grande (altavoz de rango bajo) está diseñado para la reproducción de sonidos graves.
Para que cada altavoz reciba solo el rango de frecuencias que debe reproducir, se utiliza un filtro divisor de frecuencia en los sistemas de sonido.
Este filtro garantiza que el tweeter reciba solo los agudos, ya que si recibe los graves, al no poder reproducir estos sonidos, los convierte en calor causando pérdidas en el sistema e incluso sobrecargándose con una posible grabación.
En los sistemas de sonido, principalmente automotrices, todavía es común encontrar altavoces triaxiales. Estos altavoces tienen una estructura mecánica que reúne bajos, medios y conos agudos en un solo sistema para permitir una buena reproducción de todo el rango audible.
Potencia, impedancia y fase
Los altavoces se especifican por su potencia e impedancia máximas.
La potencia de un altavoz no indica cuánto sonido producirá cuando se conecta a un amplificador, sino más bien el máximo que puede soportar.
No tiene sentido poner altavoces de 200 W en el estéreo de su automóvil, si su amplificador solo produce 50.
El sonido obtenido será de solo 50 W. Por supuesto, agregar altavoces con un poco más de potencia le da seguridad al sistema, ya que nos aseguraremos de que nunca se sobrecarguen.
Pero ese margen de seguridad no tiene que ser muy grande. Es muy común que los fabricantes de altavoces indiquen la potencia de sus productos en vatios PMPO. El valor "PMPO" distorsiona el poder real de un producto que tiene un poder real mucho más bajo. Por lo tanto, un altavoz adecuado para 500 Wpmpo, no puede admitir más de 50 a 100 Wrms (potencia real), ¡lo que requiere un gran cuidado por parte de quienes lo usan!
Otra especificación importante de los altavoces es su impedancia, medida en ohms. La impedancia indica cómo se comporta el altavoz cuando está conectado con otros o conectado a la salida de un amplificador.
La transferencia máxima de potencia de un amplificador a un altavoz ocurre cuando sus impedancias son las mismas. Por lo tanto, al elegir un altavoz para conectarse a un sistema amplificador, también debemos ser conscientes de su impedancia.
Además, cuando se conectan varios altavoces, necesitamos conocer sus impedancias para calcular la impedancia final.
Por ejemplo, si conecta dos altavoces de 4 ohms en serie, la impedancia total será de 8 ohms. Sin embargo, si conectamos estos altavoces en paralelo, la impedancia será de 2 ohms. La figura 7 muestra lo que sucede.
Sin embargo, tenga en cuenta que cuando se usa un divisor, se mantiene la impedancia total.
Cuando conectamos varios altavoces idénticos a un sistema de sonido, también debemos ser conscientes de la fase de estos altavoces.
Lo que sucede es que si los altavoces están desfasados, como se muestra en la figura 8. cuando el cono de uno se mueve hacia adelante en un momento determinado de una señal, el cono del otro se moverá hacia atrás.
El resultado de esto es una "interferencia" destructiva que afecta la calidad de las señales. Para conectar los altavoces en fase, debemos observar la marca roja o + en sus terminales.
Altavoces modernos
Las modernas tecnologías de fabricación de altavoces permiten que altavoces muy pequeños reproduzcan sonidos en una amplia gama de frecuencias con gran eficiencia.
Esto ocurre con los altavoces utilizados en los sistemas de cine en casa que pueden soportar la alta potencia de los amplificadores. Sin embargo, para estos sistemas, el subwoofer que reproduce sonidos muy graves como explosiones, terremotos, etc. Todavía son mucho más grandes que los demás.
También hay otras tecnologías de altavoces en uso, como los altavoces piezoeléctricos y los altavoces de plasma.
En los altavoces de plasma, el amplificador genera un electrodo de muy alta tensión.
Este electrodo atrae y repele directamente las partículas de aire a su alrededor, creando así ondas de sonido. Como no hay partes móviles en este altavoz porque actúa eléctricamente en el aire, se obtiene un sonido extremadamente puro.
Sin embargo, el rendimiento sigue siendo muy bajo y el proceso debe experimentar un largo tiempo de mejora.