¿Cómo funcionan los altavoces?

 Aunque se han producido avances significativos en el diseño y la fabricación de altavoces, los fundamentos de la tecnología de los transductores de los altavoces no han cambiado en casi 100 años: El transductor dinámico de Edward Kellogg y Chester Rice de 1925 sigue siendo la base de prácticamente todos los altavoces del mercado actual, desde el de su teléfono hasta el de su sistema de cine en casa.

Pero, ¿cómo funcionan los altavoces? Empecemos por lo más básico.

Cómo funcionan los altavoces: lo básico

Un transductor de altavoz es el componente electroacústico bruto que hace funcionar un altavoz. Como transductor, su función es transformar la energía de una forma a otra. En concreto, este transductor transforma las ondas eléctricas amplificadas de tu dispositivo de reproducción, ya sea tu teléfono o el cartucho de tu tocadiscos, en ondas de presión sonora en el aire para que tus oídos las detecten.

El driver del altavoz: un motor electromagnético simple pero brillante

Un amplificador envía una señal a dos terminales situados en la parte trasera de un altavoz. Estos terminales pasan la corriente a una bobina cilíndrica de alambre, que está suspendida en el espacio circular entre los polos de un imán permanente. Esta bobina se mueve de un lado a otro dentro del campo magnético a medida que la corriente que la atraviesa alterna su dirección con la señal aplicada, según la ley de Faraday. El centro del cono del altavoz está unido a un extremo, que es impulsado hacia adelante y hacia atrás por la bobina móvil. Este cono está sujeto en sus bordes por una suspensión hermética o envolvente. Cuando el cono se mueve, empuja y tira del aire circundante; al hacerlo, crea ondas de presión en el aire, llamadas sonido.

Así es como funciona el driver del altavoz, pero ¿por qué parece que siempre están montados en cajas? Si el transductor produce sonido por sí mismo, ¿para qué sirve la caja? ¿Y qué pasa con los orificios de los puertos y esas otras piezas?

¿Por qué se montan los altavoces en cajas?

Cuando el cono de un altavoz se mueve, crea una onda de presión tanto por delante como por detrás. Mientras se mueve hacia usted, empujando el aire y creando una presión positiva, simultáneamente tira del aire que hay detrás, creando una presión negativa. Si la longitud de onda que corresponde a la frecuencia de la señal reproducida es grande en relación con el tamaño del transductor, la presión generada por los dos lados del transductor se anulará efectivamente. Por lo tanto, a cualquier distancia útil, las frecuencias bajas (graves) se vuelven inaudibles. Si quieres probar esto en casa, saca un driver de su caja. Notará una calidad de sonido "metálica" en comparación con cómo sonaba el altavoz cuando estaba montado.

Para que un altavoz funcione bien en todas las frecuencias, debemos evitar que la onda de presión creada por la parte trasera del cono del altavoz anule la onda creada por la parte delantera del cono. Si montáramos el transductor en una lámina grande y rígida (un bafle), podríamos conseguir el mismo efecto. Un bafle tiene que ser grande para evitar la cancelación de las bajas frecuencias, por lo que no es práctico en la mayoría de las aplicaciones. Las cajas cerradas permiten una forma más práctica de hacerlo.

Una combinación de las propiedades mecánicas del transductor y el tamaño de la caja definen el comportamiento de las bajas frecuencias de un sistema de altavoces de caja cerrada montado. Sin entrar en tecnicismos, el aire de la caja actúa como un muelle contra el que empuja y tira el cono, y ese sistema tiene una frecuencia de resonancia por debajo de la cual su rendimiento disminuye considerablemente.

Los altavoces deben ser herméticos: las fugas en la caja permiten la cancelación que queremos evitar.

¿Por qué algunos altavoces tienen agujeros?

Habrás observado que muchas cajas de altavoces tienen agujeros circulares, o a veces ranuras, normalmente en la parte delantera o trasera. Lo que está viendo son puertos, o respiraderos, y esto identifica lo que se conoce como un recinto bass reflex.

Un recinto bass reflex funciona esencialmente de la misma manera que cuando se sopla aire sobre una botella de cerveza abierta y suena una nota. La nota cambia con la cantidad de líquido en la botella porque el volumen de aire dentro de la botella cambia. Si se pudiera estirar el cuello de cristal de la botella, también cambiaría la nota. Es un sistema resonante que se puede afinar ajustando las dimensiones del puerto (el cuello de la botella) o el volumen del recinto (la botella).

Si se sintoniza correctamente, lo que hace es crear una resonancia justo por debajo del punto en el que la respuesta del altavoz normalmente se reduciría, ampliando de forma efectiva el rendimiento de los graves del sistema. Para que esto funcione correctamente, el ajuste del puerto se calcula para el controlador específico en el recinto específico. Si cambia el transductor por un tipo diferente, aunque tenga el mismo diámetro de cono, la sintonización de la caja y del puerto ya no será la adecuada y no sonará bien.

Los altavoces que utilizan radiadores pasivos funcionan según el mismo principio básico, pero con un cono de altavoz cargado de masa y sin potencia que crea la resonancia de los graves con el volumen de aire encerrado.

Tweeter y woofers

Ahora bien, habrás observado que en la mayoría de los altavoces, sobre todo cuando son más grandes que las pequeñas cajas de resonancia portátiles, puedes ver más de un controlador de altavoz, normalmente uno de menor diámetro encima de otro más grande.

Los transductores más grandes pueden mover más aire, pero el problema es que los altavoces se vuelven más direccionales a medida que suben las frecuencias que reproducen. Esto se conoce como "beaming".

A medida que aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda asociada; los altavoces suelen empezar a emitir a una frecuencia con una longitud de onda igual al diámetro del cono radiante. Esto significa que sólo escuchará las frecuencias más altas si está justo en el eje con el altavoz. No es un sonido equilibrado ni un buen altavoz. La solución más sencilla es utilizar transductores de diferentes tamaños, cada uno de ellos adaptado a la reproducción de una gama específica de frecuencias, es decir, diferentes partes del espectro audible (graves y agudos, o graves, medios y agudos).

Este concepto funciona en conjunto con una red de división de frecuencias en la caja del altavoz llamada crossover. Un crossover delega el rango de frecuencias adecuado a cada tipo de transductor: los tweeters para los agudos y los woofers para los graves.

Por qué merece la pena saber cómo funcionan los altavoces

No es necesario conocer la ciencia que hay detrás de los altavoces para poder escucharlos y disfrutarlos. Pero si tiene la intención de gastar mucho dinero en un equipo de audio, siempre es una buena idea equiparse primero con algunos conocimientos. Un poco de conocimiento básico le ayudará a entender por qué se tomaron ciertas decisiones de diseño, cómo influyen en el sonido y a identificar a los vendedores de aceite de serpiente.

Saber cómo funcionan los altavoces también puede ayudarle a diagnosticar problemas. Y si este artículo le ha interesado para aprender más, hay muchos recursos en línea donde puede aprender a construirlos usted mismo a partir de piezas fácilmente disponibles.