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Altavoces y filtros
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Artículo de Luis Llana que versa sobre el uso de filtros en cajas acústicas. Texto: Luis Llana Probablemente usted, estimado lector, asociará de inmediato el término cajas acústicas con esos entrañables eslabones finales de una cadena de sonido. Correcto, pero también se las conoce como pantallas acústicas -o simplemente pantallas-, con el nombre de bafles (del inglés baffle) término aceptado por la Real Academia Española, simplemente cajas -para abreviar- e incluso altavoces. Pero en evitación de confusiones conviene tener en cuenta que altavoces se refiere exclusivamente a esos componentes, con forma de cono, instalados en las cajas acústicas. La misión de un altavoz es la de transformar la energía eléctrica que recibe en ondas sonoras, por lo que tiene la consideración de transductor, al transformar un tipo de energía en otra distinta. A grandes rasgos, el sonido es la sensación que nos produce el movimiento vibratorio de los cuerpos transmitido por el aire mediante ondas de longitud variable. Se denomina frecuencia al número de veces que esas ondas, o ciclos, se repiten en un segundo, y su unidad de medida es el Hercio (de H. R. Hertz, físico alemán), siendo Hz su símbolo. En óptimas condiciones físicas, el oído humano puede percibir frecuencias comprendidas entre 20 y 20.000 Hz, existiendo instrumentos musicales capaces de generar notas (frecuencias fundamentales y sus armónicos) que exceden el espectro audible. Por tanto, una buena caja acústica debe ser capaz de reproducir el mayor rango de frecuencias posible, pero lo más importante es que lo haga con la máxima linealidad (mínima desviación sobre un determinado eje de referencia) y la menor distorsión posibles. El estado actual de la tecnología no permite la fabricación de un altavoz capaz de aunar con eficacia esos factores, aunque existen altavoces de muy buena calidad para determinadas prácticas. Pero generalmente presentan severas limitaciones que no los hacen aptos para un sonido en estricta alta fidelidad. Con un solo altavoz, imposible Para reproducir las frecuencias bajas, o graves, el altavoz tiene que desplazar gran cantidad de aire para lo que necesita un cono (también llamado membrana) de gran diámetro. A estas frecuencias, la bobina del altavoz moverá al cono adelante y atrás alternativamente con facilidad, por ejemplo 80 veces por segundo para generar un tono de 80 Hz. Pero conforme aumenta la frecuencia y por tanto la rapidez de ese movimiento alternativo, la inercia que presenta la masa de un cono de grandes dimensiones impedirá que la bobina lo mueva con la rapidez y precisión que requiere un tono de 18 kHz, es decir, 18.000 veces por segundo. Por el contrario, la pequeña masa y por tanto baja inercia de una membrana de 2 cm permitirá que su bobina la pueda mover con la rapidez necesaria para reproducir frecuencias incluso superiores a 20.000 Hz. Pero este mismo altavoz será totalmente incapaz de desplazar la cantidad de aire necesaria para reproducir frecuencias de 50 Hz. De ello se deduce la necesidad de utilizar más de un altavoz en la construcción de una caja acústica con pretensiones de alta fidelidad. Dada la gran similitud externa entre un altavoz convencional y uno coaxial, haremos una breve mención a éste último. El altavoz coaxial presenta la particularidad de estar constituido por dos estructuras de altavoz, cada una con su propia bobina y membrana montadas de forma concéntrica, o coaxial, en un mismo chasis. A todos los efectos son dos altavoces independientes, aunque comparten chasis e imán. Cada fabricante utiliza su propia tecnología, y por tanto los denomina en consonancia. Son ejemplos los altavoces coaxiales Uni-Q, de Kef y Dual Concentric, de Tannoy. Una característica importante de todo altavoz es su impedancia, es decir, la resistencia que ofrece su bobina al paso de la corriente alterna que recibe del amplificador. Se mide en Ohmios, con valores normalizados entre 4 y 8 ohmios para los altavoces destinados a alta fidelidad. Para agrupar altavoces se puede recurrir a conexiones en paralelo, serie y serie-paralelo. En la conexión en paralelo se unen entre sí y por separado sus terminales del mismo signo (“+” y “-”), llevando al amplificador los terminales resultantes. Para conectarlos en serie se une el terminal de un signo de un altavoz con el de signo contrario del siguiente y así de manera sucesiva, conectando al amplificador los resultantes, como en el caso anterior. La conexión serie-paralelo es una combinación de las dos anteriores. Con la conexión en paralelo, la impedancia resultante se va dividiendo conforme se añaden altavoces, mientras que con la conexión en serie se va sumando, por lo que en algunos casos puede resultar una impedancia totalmente incompatible para cualquier amplificador. Aun siendo un serio inconveniente, es mucho más grave que todos los altavoces intenten reproducir el rango de frecuencias completo, y generar así interacciones y distorsiones debidas al solapamiento de frecuencias y a la incapacidad de un altavoz para reproducir frecuencias fuera de sus posibilidades. A cada altavoz sus frecuencias En términos generales, los rangos típicos de frecuencias de los altavoces destinados a alta fidelidad suelen ser de 18 a 3.000 Hz para los de frecuencias bajas, 200 a 10.000 Hz para los de frecuencias medias y de 2.000 a 25.000 Hz para los de las altas o agudos. Aun así, los rangos aprovechables son mucho más estrechos. La curva de respuesta de cualquier altavoz comienza a decaer por ambos extremos antes de llegar al límite con el agravante de que por la zona baja se presenta el fenómeno indeseable de la frecuencia de resonancia, un pico muy acusado en la curva de respuesta provocado por una resonancia de todo el sistema móvil del altavoz. Por debajo de ese pico, la respuesta cae bruscamente. Este fenómeno es especialmente preocupante en los altavoces de graves, limitando la frecuencia más baja que puede reproducir sin distorsión, por lo que un buen altavoz de graves debe tener su frecuencia de resonancia lo más baja posible. Sin embargo, carece de importancia en los de medios y agudos puesto que con un filtro apropiado se puede seleccionar el rango más conveniente, dejando muy alejada su frecuencia de resonancia. El filtro divisor Vamos viendo la necesidad de filtrar a nivel eléctrico la gama de frecuencias que recibirá cada altavoz. En la construcción de cajas acústicas, el rango de frecuencias que se van a reproducir se reparte entre dos o más vías -o secciones-, asignando a cada una el rango de frecuencias más adecuado a los altavoces conectados a ella. Nótese el hecho de que una vía puede tener asociado más de un altavoz, siendo habitual encontrar cajas acústicas de tres vías con cinco o más altavoces, por citar un ejemplo. Esta división a nivel eléctrico la realizan los filtros divisores de frecuencias, de los que existen dos tipos: activos y pasivos, centrándonos por ahora en éstos últimos siempre presentes en toda caja acústica con un mínimo de dos vías. Se denominan pasivos por el empleo en su construcción de componentes electrónicos pasivos casi exclusivamente (pocas veces se utilizan componentes activos), como son los condensadores, bobinas y resistencias, sea cual fuere la complejidad del filtro. Basan su funcionamiento en la particularidad de los condensadores para dejar pasar a su través las frecuencias elevadas, blo-queando las bajas. Las bobinas presentan la característica inversa, dejando paso a las frecuencias bajas y bloqueando las altas. Combinando condensadores con bobinas y jugando con sus valores de capacidad e inductancia respectivamente, se pueden construir diferentes filtros (vías) que unidos formarán un filtro divisor de frecuencias. La inclusión de uno de estos filtros supone que el amplificador “verá” como impedancia resultante de la caja acústica la de cada uno de sus altavoces por separado.
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