Analizando tipos de altavoces

Para volcar todos los "Como se hace" que están dentro del Foro.

por soniq » 06 Jun 2012, 09:21

Nota: El documento que presento a continuación, es una traducción del artículo de Lynn Olson "Looking Over My Shoulder, Part II". En él, se presenta una muy útil descripción de tipos de altavoces, además de consideraciones generales sobre aspectos importantes de éstos. Sin embargo, se ha de tener en cuenta que dicho artículo fué escrito hace unos años, por lo que ciertas referencias y afirmaciones pudieran no estar adaptadas a la actualidad. No obstante, el artículo globalmente considerado es plenamente vigente.


Altavoces
El altavoz determina el potencial último de la caja acústica, y juega un papel dominante en el sonido final del sistema de alta fidelidad. En el presente estado del arte, no existe el altavoz perfecto y la meta está varias décadas alejadas, ya que se requiere un transductor con densidad igual al aire, movimiento completamente uniforme a todas las frecuencias, y ausente de cualquier tipo de distorsión.
Ante nosotros tenemos un largo camino... los mayores avances en ciencia de los materiales están sucediendo ahora, con muchas mejoras previstas en esta década. Espero confiado en que, según el presente nivel de progresos, presenciemos descubrimientos cada 2 ó 3 años.
Esto se debe especialmente a los avances en programas de simulación comportamientos mecánicos y de la investigación dirigida a la industria aerospacial, de automóviles, así como de deportes/entretenimiento dirigida a reemplazar materiales costosos y fuertemente tradicionales por otros de peso ligero y alto rendimiento. Tenemos Kevlar, compuestos de fibra de carbono, forjamos altavoces de aluminio, podemos esperar diamante sintético, cristales de aerogel-sílice de densidad ultrabaja, nuevos tipos de monocristales metálicos y de carbono, y nuevas clases de compuestos.

Porque los altavoces suenan así
El mayor desafío que afronta el diseñador de altavoces es combinar uniformidad de movimiento (rigidez) con ausencia de resonancias en las frecuencias medias y altas (amortiguamiento). Este es el mayor reto en sistemas de altavoces de cualquier tipo.
También hay problemas adicionales introducidos por resonancias de cavidad y alinealidades magnéticas, que discutiremos mas tarde.

Movimiento uniforme
Rigidez significa que aceleraciones provenientes de la bobina son trasladadas fielmente hacia el interior del diafragma o cúpula y desde ahí a la superficie completa del transductor, esto se traduce en una respuesta en frecuencia plana, tiempo de subida rápido, baja distorsión de IM, transparencia, y calidad del sonido.
Los audiófilos usualmente describen este tipo de sonido como "rápido", para susto de ingenieros "objetivistas" orientados a las mediciones. "¿Cómo puede una unidad de medios o graves ser rápido, considerando que el filtro limita el tiempo de subida del pulso a 1/5 ó 1/10 de lo que cualquier tweeter hace?" Esto lleva rápidamente a que los diplomáticos llamen un "intercambio pleno y franco de puntos de vista", en otras palabras un intercambio mutuo de equivocaciones.
Como de costumbre, ambos lados tienen razón, y ambos lados están equivocados. Simplemente están hablando de cosas diferentes. Lo que el audiófilo esta realmente oyendo es el movimiento uniforme del diafragma; este fenómeno puede ser medido por la ausencia de distorsión de inter-modulación, una respuesta en frecuencia llana en el rango de trabajo, y una buena respuesta de pulso con un claro y firme decaimiento.
Esto es fenomenal!, Simplemente hacer el diafragma o la cúpula o lo que sea, tan rígido como sea posible. ¿Qué tal con un metal como el bronce, por ejemplo?. Es fuerte y bonito y se puede modelar de cualquier forma.
Puede ver la dirección que esto está tomando. Las campanas están hechas de bronce. Otro problema llega … ¡resonancia! . Después de todo, ¿Por qué una campana, o cualquier otro metal rígido? Suena tanto tiempo, a muchos miles de ciclos.
La respuesta tiene dos partes, una obvia, otra no tan obvia. Primero, el metal es rígido, y construido en una forma que incluso aumenta aún mas la rigidez. Segundo, el único camino de la campana para soltar energía mecánica es del propio aire, y esto lleva mucho, mucho tiempo, pues la densidad del aire y del bronce es bastante diferente, produciendo un acoplamiento muy débil, y un pequeño amortiguamiento por el aire cargado. Esto nos lleva a otra propiedad deseable para un altavoz, que es ....

Auto-amortiguamiento
Deseamos además que la bobina móvil sirva para parar el diafragma o la cúpula, no tener la membrana o la cúpula sonando una melodía por sí solos. Desafortunadamente, la mayoría de los materiales rígidos (tradicionalmente metales) tienen muy poco amortiguamiento, produciendo vibraciones de muy larga duración (alto Q). Una vía para controlar el problema es extender una suspensión de goma dura que rodee una porción bajo el diafragma, y prestar mucha atención al amortiguamiento de la araña y los materiales del marco.
Sin embargo, incluso los mejores diseños de Kevlar, fibra de carbono, o aluminio muestran al menos un pico, alto-Q, al final del rango de trabajo, requiriendo un filtro fuerte, un filtro "muesca", o preferiblemente ambos a fin de controlar éste. Desafortunadamente, en general este pico cae en una región comprendida entre los 3 y los 5 KHZ. , justo donde los oídos son más sensibles al colorido resonante.
El amortiguamiento produce una ausencia de coloración, así como contribuye a la relajación, naturalidad, y ausencia de fatiga. Interesadamente, muchos audiófilos (¡y críticos también!) ignoran el particular sonido producido por la resonancia de los materiales del altavoz, llamándolo "sensibilidad del amplificador", "sensibilidad de la habitación" u otros términos similares que apuntan lejos del propio altavoz.

Continuará ....
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por elAle. » 06 Jun 2012, 09:29

Y mis planos/cuadros sonoros, en que categoría entraran?
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por soniq » 06 Jun 2012, 09:33

elAle. escribiste:Y mis planos/cuadros sonoros, en que categoría entraran?


Todavía no termina el artículo, lo he fraccionado para que sea más simple su lectura y no aburra.
Ya llegarán más consideraciones, pero la idea del autor no es la de clasificar, sino la de comentar técnicamente que particularidades tienen los tipos más comunes de altavoces, cómo se comportan desde el punto de vista físico en gral, más que determinar cuáles son los tipos y sus clasificaciones.
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por Christian Enjoy » 06 Jun 2012, 10:06

Este tipo de post deberían quedar fijos.
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por ramirof » 06 Jun 2012, 11:31

Christian Enjoy escribiste:Este tipo de post deberían quedar fijos.


Ya lo propuse pero no tuve mucho éxito.
Ven. Sumate. Nosotros cuidamos a los soldaditos!
:lol:
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por huguini » 06 Jun 2012, 11:38

ramirof escribiste:
Christian Enjoy escribiste:Este tipo de post deberían quedar fijos.


Ya lo propuse pero no tuve mucho éxito.


Ya va, ya va... se piensan que uno está todo el día conectado acá, caramba... :D
Es que este pibe Soniq no para. Está a full, el guacho.
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por ramirof » 06 Jun 2012, 11:41

huguini escribiste:
ramirof escribiste:
Christian Enjoy escribiste:Este tipo de post deberían quedar fijos.


Ya lo propuse pero no tuve mucho éxito.


Ya va, ya va... se piensan que uno está todo el día conectado acá, caramba... :D
Es que este pibe Soniq no para. Está a full, el guacho.


Es que nadie me da pelota :(
Me voy a llorar a un rincón. Chau.
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:lol:
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por Christian Enjoy » 06 Jun 2012, 17:13

huguini escribiste:
ramirof escribiste:
Christian Enjoy escribiste:Este tipo de post deberían quedar fijos.


Ya lo propuse pero no tuve mucho éxito.


Ya va, ya va... se piensan que uno está todo el día conectado acá, caramba... :D
Es que este pibe Soniq no para. Está a full, el guacho.



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por soniq » 19 Jun 2012, 21:48

Seguimos ....


Resonancias de la cavidad

Aunque la cubierta central del diafragma en los transductores de medios/graves (o la cúpula en el tweeter) parece bastante inofensiva, El espacio entre esta cubierta y la pieza polar crea pequeñas resonancias de cavidad. Un ejemplo de esto fue el (no) famoso KEF unidad de medios/graves de Bextreno de comienzos de los setenta (usado en los LS 3/5a de la BBC).
Aunque este altavoz fue probablemente uno de los primeros "medios" de alta calidad disponible, presentaba varios problemas, como una baja eficacia, potencia de trabajo limitada, un amplio pico de una-octava centrado a 1.5 Khz. (corregido por el filtro), y un grupo de 3 picos muy altos centrados sobre los 4.5 Khz. (sólo ligeramente atenuado por el filtro de tercer orden de la BBC). Estos picos altos, que los críticos atribuyeron equivocadamente al tweeter, eran también muy direccionales, que es típico de las resonancias de la cubierta central del diafragma.
Los tweeters populares de los años 70, incluyendo el Audax y el Peerless de 1" de cúpula blanda, también tienen resonancias similares entre 9 y 16 KHZ., que fueron parcialmente amortiguadas llenando el espacio entre la cúpula y la pieza polar con una almohadilla de fieltro. Puesto que las cúpulas blandas tenian muchas mas pérdidas que la dura cubierta central del B110, las resonancias eran mucho más amplias pero de entre solo 1 a 3 db. en magnitud... pero aún estaban ahí, y eran responsables en parte de la fatiga auditiva sentida por oyentes atentos.
Sin ser sorprendente, los problemas fueron mucho peor, en las cúpulas fenólicas, de fibra de vidrio y de papel duro, usado en los altavoces mas mundanos de la época
Volviendo al presente, los mejores conos de medios/graves y tweeters ahora evitan este problema de dos formas: una pieza polar con respiradero, usada por los fabricantes escandinavos Dynaudio, Scan-Speak, Vifa y Seas; y una extensión de la pieza polar en forma de bola que reemplaza completamente a la cubierta central del diafragma en las unidades de medios/graves, usado por los fabricantes franceses Audax y Focal.
Los tweeters Dynaudio Esotec D-260, Esotar T-330D,y el Scan-Speak D2905/9000 son los ejemplos más notables que usan una pieza polar con respiradero cargada dentro de una diminuta línea de transmisión para amortiguar la onda trasera desde la cúpula del tweeter; Su uso en la Sonus Faber Extrema y la ProAc Response Threes es una prueba del éxito que puede tener esta técnica.
Por contraste, el Focal T120 y T120K, que usan fibra de vidrio rígido o cúpula de Kevlar invertido directamente sobre la cavidad de la pieza polar sin amortiguar, muestra una serie de picos resonantes de alto-Q al final de su rango operativo, que están causadas por el acoplamiento de la cavidad resonante con la primera región de rotura sónica de la cúpula rígida.

Alinealidades magnéticas

La mayoría de los audiófilos son conscientes que los transductores son inductivos; después de todo, la bobina móvil se enrolla alrededor de una pieza polar de hierro, tal como se hace con una bobina de núcleo de hierro. No son tantos los audiófilos que saben la multitud de problemas que eso crea.
Si la inductancia fuera constante, como lo es una bobina de núcleo de aire, no habría ningún problema; tan solo ajuste el filtro diseñado (usando una simple red R-C) y problema resuelto. Desafortunadamente, este es una bobina de núcleo de hierro, y mucho peor, la inductancia varia con la posición de la bobina móvil.
La inductancia variable tiene consecuencias profundas, ya que ésta es realmente un factor importante que determina la perdida en respuesta en las más altas frecuencias, y el retardo acústico resultante (respecto al tweeter). Varíe esta inductancia, y varia la frecuencia de caída de respuesta y el retardo acústico junto con él. ¿Cuándo pasa esto? siempre que el altavoz mueva una proporción significante de la región lineal de trabajo de la bobina móvil, que es menos de lo que usted se imagina. En el excelente Vifa de 8" Vifa P21W0-12-08, esta región lineal de solo 8 mm (mas/menos 4 mm cada vía). El esquema más típico de trabajo lineal seria 6 mm. para la mayoría de los 8", y de 1 a 3 mm. para la mayoría de las unidades de medios.
Toque algún grave profundo, y los efectos de modulación de inductancia empiezan a mostrarse, creando distorsión de IM y FM sobre el completo espectro de frecuencias. Este es el problema genuino en un sistema de 2 y de 3 vías que usen un filtro de medios bajos; significa que siempre que vea realmente moverse los altavoces, habrá cantidades bastante significativas de distorsión de IM y FM. ¿Cómo suena esto? puede esperar una perdida de resolución que depende del contenido de sonidos graves del programa, que puede estar enmascarado por problemas en el amplificador (como saturación en las etapas de salidas o inadecuado suministro de la fuente de alimentación).
Hay soluciones? Si. Los mejores altavoces de Scan-Speak (SD System) y Dynaudio (DTL_System) recubren la pieza polar con cobre para eliminar las corrientes de remolino inducidas dentro de la estructura magnética por la bobina móvil. La especificación que elimina es la inductancia de la bobina.
El Scan-Speak 21W/8554 de 8", probablemente uno de los mejores altavoces de 8" del mundo, tiene una inductancia de 0.1 mH., que es de lejos inferior al Vifa P21W0-20-08 de 8", que tiene una inductancia de 0.9 mH. Ambos son unos altavoces excelentes; el Scan-Speak, sin embargo, muestra un sonido mas transparente cuando suena como unidad de medios y graves al mismo tiempo.
La figura de la inductancia tiene otro significado oculto; recuerde, la pendiente de caída de alta frecuencia del altavoz en una función combinada de la pendiente de caída mecánica y de la auto-inductancia de la bobina. Si calcula la pendiente de caída eléctrica por medio de la inductancia de la bobina y de la resistencia en corriente continua, algunos transductores tienen una pendiente de caída eléctrica bastante por encima a la pendiente de caída acústica medida. Esto es deseable; significa que la interacción entre los dos mecanismos de pendiente de caida en respuesta va a ser pequeña.
Otros altavoces (y es cierto para la mayoría de ellos) van a tener una pendiente de caída en respuesta eléctrica bastante por debajo de la pendiente de caída en respuesta acústica medida. ¿Cómo es esto posible?. En realidad el sistema mecánico tiene un pico ancho que es enmascarado por la autoinductancia de la bobina. Esto no es bueno; cualquier cambio en el sistema mecánico o eléctrico va a modular la frecuencia y la respuesta transitoria.
Esto, por cierto, es el mismo tipo de problema encontrado en las viejas cápsulas de phono de imán móvil. La mayoría de los imanes móviles (típicamente Shure y Stanton) eran mecánicamente puntiagudos, tenían una pendiente de caída eléctrica debida a la combinación de la capacitancia del cable y la inductancia de la cápsula. Como era de esperar, este tipo de cápsulas sonaba por lo general mucho menos transparente que las bobinas móviles high-end, que tenían menos de 1/10 de la inductancia y un sistema mecánico más suave y más seguro.


Continuará ....
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por ramirof » 19 Jun 2012, 22:16

Excelente Sergio, muy buena data.
Y lindos parlantitos los mencionados... Ya quisiera tener un par de SS disponible para jugar un rato :oops:
Ven. Sumate. Nosotros cuidamos a los soldaditos!
:lol:
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