¿Cómo funcionan los altavoces? Una guía de superaltavoces con diagramas

¿Alguna vez ha estado escuchando música y se ha preguntado cómo un altavoz puede crear sonido? En este artículo detallado, usando clear explicaciones y diagramas, te explicaré cómo funcionan.

También aprenderás:

  • Las partes dentro de un altavoz
  • Altavoces de un solo cono frente a coaxiales
  • Explicación de los altavoces de 2 y 3 vías
  • Crossovers de altavoces
  • Qué significan la impedancia, la sensibilidad y la respuesta de frecuencia de los altavoces

Lo primero es lo primero:¿Qué hay dentro de un altavoz?

Un altavoz a veces se denomina altavoz electrodinámico porque convierte la electricidad en movimiento a través de campos magnéticos creados a partir de la señal eléctrica musical. Un controlador de altavoz es un ensamblaje de un solo altavoz que se utiliza para armar un sistema de altavoces.

¿Qué hay dentro de un altavoz?

La mayoría de los altavoces están hechos de las siguientes partes que trabajan juntas para crear sonido:

  • Imán permanente :Se usa un imán para proporcionar un campo magnético fijo que rodea la bobina móvil para hacer posible el movimiento.
  • Bobina de voz y bobina: La bobina es un tubo redondo unido a la parte inferior del cono. Una bobina de alambre muy larga y apretada, llamada bobina de voz, crea un campo magnético a medida que la electricidad fluye a través de ella desde la señal musical de un amplificador.
  • Araña o suspensión: la araña es un material tejido delgado con forma ondulada que sostiene el ensamblaje de la bobina móvil y ayuda a empujar el cono hacia atrás en su lugar mientras se mueve.
  • Cono (diafragma) y tapa antipolvo :este es un material rígido en forma de cono que es movido por el imán y la bobina de voz juntos para mover el aire y crear sonido. La tapa antipolvo es un material delgado (como una "tapa") que cubre la abertura en el centro para evitar la entrada de polvo y suciedad.
  • Cesta de altavoces: la canasta es un marco de metal fundido o de metal estampado al que se unen las partes del altavoz y mantiene todo alineado. También proporciona una forma de montar el ensamblaje del altavoz en una caja.
  • Terminales de altavoz y cable trenzado: Los terminales de los altavoces son lengüetas o conectores metálicos que conectan el cable del altavoz al altavoz. Estos se conectan a la bobina de voz mediante un cable trenzado flexible que se mueve con el cono.
  • Envolvente: este es un material circular flexible y duradero (generalmente caucho o algún tipo de espuma) que une el borde superior del cono a la canasta.

¿Qué hace un cono de altavoz?

Un cono de altavoz (también llamado diafragma) es el componente principal del altavoz responsable de crear una onda de sonido cada vez que mueve el aire hacia adelante y hacia atrás rápidamente. Por lo general, están hechos de materiales livianos pero rígidos, como papel prensado, plástico, fibra de carbono o incluso metal delgado.

El nombre de "cono" del altavoz se refiere a su forma:una forma de cono invertido con una abertura central donde se une el conjunto de bobina y bobina de voz. Se adjunta una tapa antipolvo al cono sobre esta abertura en la parte inferior para evitar que entren contaminantes. Ambos están sostenidos en la parte inferior por un material rígido pero flexible, a veces llamado "araña".

El tipo y diseño depende del altavoz. Por ejemplo, los subwoofers producen ondas sonoras de graves muy grandes y un movimiento de aire considerable, por lo que necesitan un diseño más grueso y rígido.

Por el contrario, los tweeters usan un diseño muy pequeño, en forma de cúpula y liviano para un rendimiento de frecuencia más alta porque este rango de sonido usa ondas de sonido más pequeñas.

¿Qué hace un altavoz magnético?

Los imanes de los altavoces suelen ser un imán permanente (normalmente un material magnético de tipo cerámico o neodimio) con un espacio circular delgado en el que se suspende la bobina móvil. El imán proporciona un área de campo magnético estable que atrae o repele la bobina móvil.

Debido a que la bobina desarrolla un campo magnético, es un poco como un electroimán en cierto modo. Los imanes de neodimio son más fuertes para su tamaño (campos magnéticos más densos), pero los imanes cerámicos, aunque más grandes, son más rentables. Esa es una de las razones por las que los imanes cerámicos son más populares para usar en parlantes.

Algunos imanes de parlantes, pero no todos, tienen un orificio en el centro para ayudar a ventilar la bobina móvil y mantenerla fresca.

¿Qué es un altavoz de doble bobina de voz?

Los parlantes de bobina de voz doble ofrecen un segundo devanado de bobina de voz en el mismo parlante y en el mismo ensamblaje de bobina de bobina de voz. Estos tipos de altavoces permiten algunas opciones adicionales que los altavoces de bobina simple no permiten:

  • Flexibilidad en cómo están cableados (2 ohmios, 4 ohmios, 8 ohmios, etc.) para una mejor compatibilidad con amplificadores y receptores estéreo.
  • Para subwoofers u otros altavoces más grandes, puede alimentarlos con más configuraciones de cableado o incluso 2 amplificadores cada uno, lo que no puede hacer con los modelos de bobina de voz única.
  • Estos se pueden manejar con 2 canales de amplificadores que no se pueden puentear para obtener más potencia.

La mayoría de las veces encontrará subwoofers que están disponibles en una versión de doble bobina de voz por un poco más de dinero.

Si bien ofrecen más opciones de configuración de cableado, los altavoces de bobina de voz dual (DVC) no ofrecen un mejor rendimiento que sus contrapartes de bobina de voz simple (SVC).

Además, los parlantes como los tweeters para sonido agudo y los parlantes de rango medio para instrumentos y voces normalmente no se fabrican en una versión de doble bobina de voz.

Ejemplos de bobinas de dos altavoces con bobinas móviles dobles. Izquierda:las dos bobinas no están juntas mientras que (derecha) en este ejemplo están superpuestas una encima de la otra.

¿Cómo funcionan los altavoces? Explicación paso a paso + diagrama animado

En este diagrama animado, puede ver cómo funciona un altavoz. Un estéreo o amplificador impulsa el altavoz con una señal eléctrica que alterna de positivo a negativo en la forma de la señal musical.

Al hacerlo, la corriente eléctrica fluye a través de la bobina de voz del altavoz, creando un campo magnético que hace que se acerque o se aleje del imán a medida que cambia de positivo a negativo. Este conjunto de cono de movimiento crea ondas de sonido a medida que el aire se mueve rápidamente. Los parlantes usan corriente alterna (CA) que cambia de dirección (polaridad) como las ondas de sonido en la vida real.

¿Cómo funcionan los altavoces? Diagrama completo

Un altavoz (también conocido como altavoz, un nombre antiguo) usa una señal de energía eléctrica de corriente alterna (CA) y es impulsado por un estéreo o un amplificador.

La señal eléctrica al parlante es un voltaje amplificado que es un duplicado de la señal musical original de una fuente de audio pero con suficiente potencia para impulsar los parlantes con un buen volumen.

Aquí hay un detalle paso a paso de cómo funcionan los altavoces:

  1. (Comenzando desde el punto de salida cero) Se inicia un voltaje de salida que representa la forma de onda musical y comienza a aumentar. La corriente eléctrica comienza a fluir a través de la bobina de voz del altavoz desde el lado positivo al lado negativo.
  2. Se crea un campo magnético alrededor de la bobina móvil y tiene la misma polaridad que el imán permanente conectado a la canasta del altavoz (marco). (Recuerde que los campos magnéticos idénticos se repelen y los opuestos se atraen)
  3. El cono/diafragma comienza a moverse hacia adelante y crea presión de aire, creando sonido.
  4. A medida que el voltaje de la señal eléctrica aumenta hacia la parte superior de la onda sinusoidal en la señal musical, la corriente aumenta y la bobina móvil aumenta la fuerza de su campo magnético.
  5. Esto empuja el cono aún más.
  6. La señal pasa por el punto de salida más alto y comienza a descender. La corriente también comienza a caer y el cono comenzará a volver más cerca de su posición de apagado (voltaje cero).
  7. La señal llega a cero (también llamado "umbral de cruce de voltaje cero") y el cono vuelve a donde comenzó.
  8. La señal eléctrica comienza a invertirse a medida que cambia a un voltaje negativo. Cuando esto sucede, la corriente fluye desde el lado negativo de la bobina móvil hacia el positivo, creando un campo magnético de polaridad invertida.
  9. El campo magnético de la bobina móvil ahora es lo opuesto al imán permanente que lo atrae y el cono comienza a moverse de adelante hacia atrás (en lugar de atrás hacia adelante).
  10. A medida que la señal continúa, el cono se mueve en reversa, creando la otra mitad de las ondas sonoras creadas por el movimiento del aire.
  11. La salida del amplificador o estéreo vuelve a cero y la siguiente señal de audio comienza cuando el voltaje de salida de la nueva señal comienza a aumentar, con el ciclo comenzando de nuevo.

En cuestión de hablar, los altavoces son solo una especie de motor eléctrico:reciben energía de una señal eléctrica y la transforman en una salida mecánica:aire en movimiento para crear sonidos musicales.

Ocasionalmente, los altavoces se denominan transductores .

¿Qué significa la impedancia del altavoz? (Explicación de las clasificaciones de ohmios de los altavoces)

La impedancia del altavoz, medida en ohmios, es la resistencia total al flujo de corriente eléctrica a través de la bobina de voz de un altavoz.

A diferencia de los conductores estándar, como la bobina de voz está enrollada firmemente en una bobina, esto complica las cosas porque agrega inductancia. La inductancia es diferente de la resistencia, ya que cambia a medida que cambia la frecuencia y esto se llama reactancia inductiva.

En otras palabras, cuando se crean los campos magnéticos de la bobina móvil, se oponen un poco al flujo de corriente eléctrica.

Debido a la propiedad de la física y al funcionamiento de la inductancia, la "impedancia" (resistencia total) del altavoz no es la suma de la resistencia y la reactancia inductiva; es un poco más complicado que eso.

En cambio, es la suma algebraica (la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados) de cada uno. La reactancia inductiva se suele escribir como "Xl" y se mide en ohmios al igual que la resistencia estándar.

Fórmula de impedancia del altavoz

Si te gustan las matemáticas complicadas, puedes ver aquí cómo se calcula la impedancia de los altavoces. Es la suma geométrica de la resistencia en el devanado del hilo de cobre de voz y la resistencia causada por su inductancia a una frecuencia dada.

Lo más importante que debe comprender acerca de la impedancia de los altavoces es:

  • La impedancia del altavoz siempre es igual o mayor que la resistencia del cable de la bobina móvil. Puedes medir esto con un ohmímetro.
  • El número de impedancia de un altavoz es una guía general de compatibilidad, no exactamente lo que mide el altavoz.
  • La impedancia cambia ligeramente (aumenta) a medida que aumenta la frecuencia que se reproduce.

De hecho, si usara un medidor de prueba para medir los ohmios (impedancia) de la bobina móvil en un altavoz, encontraría una lectura de aproximadamente 3,2-3,6 ohmios para un altavoz de 4 ohmios y 6 ohmios o más. para un altavoz de 8 ohmios.

Imagen que muestra cómo medir la impedancia de un altavoz con un ohmímetro. Esto mide solo la resistencia de corriente continua (CC) del cable en la bobina de voz, no la impedancia total del mismo con la reproducción de música debido a la inductancia. sin embargo, estará muy cerca en la mayoría de los casos y podrá indicar la categoría de ohmios del altavoz (4 ohmios, 8 ohmios, etc.).

¿De dónde proceden los altavoces de 4 y 8 ohmios?

Los altavoces de 4 ohmios (ya veces de 2 ohmios) se usan más comúnmente para sistemas estéreo de automóviles. La práctica comenzó hace mucho tiempo cuando las radios y los parlantes se instalaron por primera vez en la fábrica cuando se construían los automóviles.

Debido a que solo hay disponible un voltaje más bajo (12 V) para alimentarlos en los automóviles, es más difícil producir energía para el altavoz que para los estéreos domésticos donde hay mucho voltaje disponible.

8 ohmios se usa más comúnmente para altavoces de sistemas estéreo domésticos. Los estéreos domésticos funcionan con una fuente de mayor voltaje (110 V como en los EE. UU.), por lo que son más fáciles de diseñar y pueden alimentar fácilmente altavoces de mayor impedancia (8 ohmios). En ambos casos, estas clasificaciones de ohmios se volvieron comunes para los altavoces domésticos y de automóviles.

¿Por qué se necesita una caja de altavoz?

Una caja de altavoz ("caja") es muy importante por varias razones:

  • Evitar que las ondas sonoras delanteras interfieran con las traseras y cancelarlas.
  • Permitir que el sonido de graves de baja frecuencia se produzca, afine o mejore correctamente.
  • Amortiguación de la vibración de los altavoces mientras funcionan.
  • Dirigir cómo se dispersa el sonido.

Una caja de altavoz (o "gabinete de altavoz") generalmente está hecha de un material grueso como madera o tablero de fibra de densidad media (MDF), ya que son fuertes y no se doblan mucho. Mientras que un altavoz de subgraves o de rango medio debe usarse en una estructura sellada, los tweeters no.

Esto se debe a que los tweeters dirigen el sonido solo hacia el frente y no producen ondas de sonido hacia la parte trasera. En algunos casos (como en el caso de los altavoces de sonido envolvente), pueden ser más pequeños que el par de cajas de altavoces frontales (principales).

¿Qué es la respuesta de frecuencia y la sensibilidad de los altavoces?

¿Qué es la respuesta de frecuencia del altavoz?

Aquí se muestra un ejemplo de un gráfico típico de respuesta de frecuencia de un altavoz. Los parlantes no son perfectos y no producen un volumen perfectamente uniforme en el rango de sonido que podemos escuchar. Por eso, es útil conocer el rango de frecuencia en el que funcionan bien.

La respuesta de frecuencia del altavoz es el rendimiento medido de un altavoz, en decibelios (dB) de volumen, en un rango de frecuencias de sonido. Este suele ser el rango de 20 Hertz (Hz) a 20 kiloHertz (KHz) utilizado como estándar para los altavoces de audio.

El rango de 20-20kHz se usa porque es el rango de sonido que un humano con buen oído puede percibir y la música a menudo se graba dentro.

La respuesta de frecuencia del altavoz es importante por varias razones:

  • Combinación de altavoces para sistemas de 2 o 3 vías
  • Elegir los altavoces de mejor rendimiento para un diseño de audio
  • Diseño de sistemas de altavoces y cruces de altavoces
  • Usar equipos de audio como un ecualizador o un procesador de señal digital (DSP) para corregir las áreas en las que el altavoz produce demasiado (un pico) o no lo suficiente (una caída)

Si bien algunos altavoces incluyen un gráfico u otras especificaciones para ayudarlo a comprender cómo funcionan, no todos lo hacen. Es algo que normalmente encontrará en los minoristas que almacenan altavoces simples para un diseño de altavoces más avanzado.

La mayoría de los altavoces comerciales o domésticos no incluyen el gráfico de respuesta real, sino un rango aproximado. Sin embargo, los altavoces más caros pueden hacerlo.

Si cuentas con el equipo adecuado también puedes medirlo tú mismo en casa usando un programa analizador en tiempo real (RTA) y un micrófono de alta calidad para este propósito.

¿Qué es la sensibilidad de los altavoces?

La sensibilidad de un altavoz es una medida realizada por el fabricante. Es una medida del volumen producido a una frecuencia de sonido fija y (generalmente) con 1 vatio de potencia que se envía al altavoz a 1 metro (3,28 pies) del micrófono de prueba.

La sensibilidad de los altavoces es una especificación proporcionada por el fabricante útil para comparar o emparejar altavoces. Es una medida del volumen producido, en decibelios (dB), desde un altavoz a 1 metro (3,28 pies) de un micrófono de prueba para una sola frecuencia.

El parámetro de sensibilidad generalmente se expresa como "89dB @ 1W/1M", por ejemplo.

En la mayoría de los casos, la medida estándar es el volumen en dB a un vatio de potencia a 1 metro de distancia y, a menudo, se puede usar una frecuencia de sonido como 1 KHz (según el tipo de altavoz).

La sensibilidad varía de un altavoz a otro, y los tweeters son más eficientes (producen más sonido con el mismo nivel de potencia) que otros. Los subwoofers son menos eficientes ya que necesitan más potencia para mover el cono pesado y crear sonido.

Los subwoofers tienden a tener una sensibilidad de alrededor de 87dB, los parlantes de rango medio alrededor de 89dB más o menos, y los tweeters de hasta 93-102dB dependiendo del tipo.

Diferencias de medición de sensibilidad

La sensibilidad a veces se mide de forma ligeramente diferente. Esto se debe a que se necesita un voltaje diferente para los altavoces de 4 ohmios frente a los de 8 ohmios para producir la misma cantidad de potencia, ya que la resistencia en ohmios (impedancia del altavoz) es diferente.

Por lo tanto, fluye menos corriente a través de un altavoz de 8 ohmios, lo que provoca que reciba menos energía para el mismo voltaje que un altavoz de 4 ohmios.

En ese caso, se puede utilizar una sensibilidad de dB a 2,83 V/1 M para altavoces de 8 ohmios. A 2,83 V, un altavoz de 8 ohmios desarrolla 1 vatio de potencia. De manera similar, para altavoces de 4 ohmios, se puede usar un dB de 2V/1M.

Estas medidas no están realmente estandarizadas en la industria de los altavoces, por lo que las medidas proporcionadas por un fabricante pueden ser "1W/M" o "xV/M", según lo que proporcionen. Cuando utilice esta medida para comparar o emparejar altavoces, es importante que preste atención a esto.

¿Qué son los altavoces coaxiales?

Los altavoces coaxiales son un tipo de altavoz de 2 vías diseñado para ocupar menos espacio y reemplazar a los altavoces de un solo cono. Por lo general, incluyen un tweeter separado y uno o más crossovers incorporados. Los parlantes coaxiales brindan un sonido mejorado en comparación con un parlante de un solo cono y permiten más opciones de precios e instalación.

Los altavoces coaxiales son altavoces de 2 vías montados en el mismo "eje" o en el mismo conjunto de altavoces. La mayoría de los parlantes coaxiales brindan un cono de rango completo y agregan un tweeter separado con cruce para mejorar la fidelidad del sonido y la respuesta de frecuencia en comparación con un parlante estándar de un solo cono.

Piense en los altavoces coaxiales como un punto medio entre los altavoces de un solo cono (los altavoces más básicos, con un rendimiento mediocre o deficiente) y los altavoces de componentes (altavoces separados con un cruce de altavoz externo). Ofrecen buena fidelidad a un precio asequible en la mayoría de los casos.

Los altavoces coaxiales ofrecen varias ventajas:

  • Fácil actualización de sonido:son un reemplazo directo para los altavoces de un solo cono que suenan mal.
  • Más opciones de fabricación de altavoces y rangos de precios para los compradores (diferentes niveles de calidad de tweeter, diseño cruzado, materiales de cono, etc.).
  • Rendimiento algo similar a los altavoces de componentes de 2 vías separados sin la necesidad de una caja de cruce voluminosa separada.
  • Son muy comunes; de hecho, son la actualización de altavoces para automóviles más popular y son fáciles de encontrar al comprar.
  • Muy asequible:se pueden encontrar buenos parlantes coaxiales por alrededor de $25 o más por par, según el tamaño y la calidad.
  • Los parlantes coaxiales pueden corregir la respuesta de frecuencia deficiente (frecuencias de sonido faltantes) que se encuentran con los parlantes de un solo cono.

Altavoces coaxiales frente a estándar/cono único

Los altavoces coaxiales ofrecen un mejor rendimiento de sonido que los altavoces estándar de un solo cono, incluso aquellos con un cono "whizzer" agregado para mejorar el sonido agudo. Brindan una mejor respuesta de frecuencia porque agregan uno o más conos (generalmente un tweeter) para producir el rango superior de sonido (agudos o "altos") que un solo cono generalmente no puede producir.

Los altavoces coaxiales suenan mejor

Si bien algunos parlantes estándar más baratos pueden tener agregado un cono "whizzer", que es un segundo cono pequeño conectado al cono más grande para mejorar los agudos, siguen siendo decepcionantes. Todavía tengo que escuchar uno que sonara muy bien.

Los parlantes coaxiales, por otro lado, usan al menos un parlante adicional (generalmente un tweeter) para compensar la diferencia y producir frecuencias más altas más nítidas y con mejor sonido.

De hecho, en todos mis años de trabajo de instalación de altavoces para automóviles, no puedo recordar un solo altavoz estándar que no fuera lo suficientemente bueno como para mantenerlo en lugar de reemplazarlo con un modelo coaxial.

Si bien los parlantes instalados de fábrica suelen tener un costo muy bajo, los parlantes coaxiales, incluso para un buen sonido, no son costosos. Puede obtener un par que suene excelente por $25-$30 o más en estos días y alrededor de $20 si tiene un presupuesto extremo.

¿Qué es un altavoz de 2 vías? ¿Qué es un altavoz de 3 vías?

¿Qué es un altavoz de 2 vías?

Los parlantes de 2 vías usan un tweeter y un woofer separados, trabajando juntos para crear la gama completa de reproducción de música. En este tipo de sistema de altavoces, los tweeters reciben solo un sonido de alta frecuencia desde un cruce de paso alto, mientras que el controlador principal recibe el rango medio y los graves del cruce de paso bajo. El resultado es un sonido muy claro y agradable.

Los parlantes de 2 vías son el diseño de parlantes de bajo costo más común que se usa hoy en día, tanto para equipos estéreo domésticos como para automóviles. Usan un tweeter, que recibe solo las frecuencias más altas de un cruce de paso alto, y un woofer, que recibe solo los sonidos graves y medios de un cruce de paso bajo, para producir una gama completa de sonido.

En otras palabras, separan el sonido que escuchas entre dos altavoces para obtener mejores resultados que con un solo altavoz. Esto se hace porque los woofers no pueden producir bien los sonidos de frecuencia más alta y se debe evitar que produzcan frecuencias agudas.

De manera similar, los tweeters se distorsionan cuando intentan producir sonidos graves o de baja frecuencia. El uso de un sistema de cruce de parlantes de 2 vías limita el rango de sonido que cada uno recibe, lo que permite una menor distorsión y una mejor calidad de sonido también a volúmenes más altos.

¿Cómo funciona un cruce de parlantes de 2 vías?

Los cruces de 2 vías usan componentes eléctricos para filtrar y dividir la señal de música eléctrica de un amplificador o estéreo y dividirla entre el tweeter y el woofer, lo que resulta en un mejor sonido.

El cruce de paso alto bloquea los graves y medios que causan distorsiones y que el tweeter no puede manejar. Del mismo modo, el filtro de paso bajo bloquea las frecuencias más altas que un parlante de graves no puede reproducir bien y que, si se usa, provocaría un rendimiento deficiente.

A medida que suenan los parlantes, la salida de cruce dividida da como resultado una salida de audio de rango completo que es mucho mejor que la que podría producir un solo parlante.

¿Qué es un altavoz de 3 vías?

Los altavoces de 3 vías son una extensión de los altavoces de 2 vías con la adición de un tercer altavoz mediante un cruce de paso de banda. El tercer altavoz permite un rango medio mejorado e incluso una mejor producción de sonido, distorsión reducida y claridad al descargar el sonido de rango medio a un altavoz de rango medio dedicado.

Sin embargo, el diseño de cruce (según el orden de cruce o la inclinación del corte) es más complicado para aquellos con un corte más agudo para bloquear las frecuencias no deseadas.

Los parlantes de 3 vías son menos comunes debido al costo y la complejidad adicionales, pero son una buena opción para los fabricantes de parlantes y audiófilos que desean un rendimiento más avanzado. También ofrecen la opción de obtener un sonido mejorado mediante el uso de altavoces de rango medio de alto rendimiento que se adaptan mejor que los modelos de bajos medios.

¿Qué es un altavoz Bluetooth?

Diagrama que muestra cómo funciona un altavoz Bluetooth. Los parlantes inalámbricos como este reciben la señal de audio en un formato digital, la vuelven a convertir a analógica y la amplifican y luego conducen el parlante al interior.

Los altavoces Bluetooth son esencialmente un sistema de sonido portátil compuesto por una batería, un receptor y amplificador inalámbricos integrados y altavoces. Se conectan al protocolo inalámbrico BT a teléfonos inteligentes, televisores y más. La música se transmite en formato digital al receptor y luego se vuelve a convertir a la señal original antes de amplificarse para alimentar el controlador o los controladores del altavoz en el interior.

Debido a que se utiliza una batería para alimentarlos, son muy portátiles y son excelentes cuando no necesita un amplificador o receptor estéreo grande.

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