Parlantes y Crossover

Algunas características de los parlantes

 

Si queremos obtener realmente resultados de óptima calidad al momento de comprar un parlante, debemos tener claro que necesitamos saber muy bien las características técnicas del parlante. En la siguiente tabla damos como ejemplo las características técnicas que debe dar el fabricante de un parlante, tales como tamaño en pulgadas, potencia nominal, potencia máxima, impedancia nominal, diámetro de la bobina en pulgadas, rango de frecuencia, frecuencia de resonancia, peso del imán y sensibilidad.

Nominal size	Diámetro en pulgadas	10”
Max. Power	Potencia máxima	100W
Nom. Impedance	Impedancia nominal	8Ω
Voice coil	Diámetro de la bobina	1”
Fo	Frecuencia de resonancia	37Hz
Frec. Range	Respuesta en frecuencia	3000Hz-fo
Magnet weight	Peso del imán	348gm
Sensitivy	Sensibilidad	102db

Diámetro del parlante

El diámetro del parlante viene medido en pulgadas. Normalmente se usan parlantes de buen tamaño para la reproducción de las frecuencias bajas. Claro está que el diámetro no está ligado directamente con la cantidad de bajos a reproducir, pero si influye. El diámetro tiene que ver con la potencia y sobre todo con la distancia a la que llegará el sonido. Entre mayor sea el diámetro, mas fácilmente se reparte el sonido por un recinto.

Potencia del parlante

La potencia de un parlante se expresa en dos magnitudes; Potencia máxima y potencia nominal. La potencia máxima o potencia pico indica cuanto puede disipar el parlante pero en trabajo intermitente o en periodos de tiempo muy cortos no más de unos segundos.
En cambio, la potencia nominal equivale a cuanto puede disipar el parlante en régimen permanente.
Este valor es escasamente de un 50% de la potencia máxima y a veces hasta mucho menos, dependiendo de la marca del parlante. Por ejemplo, si en las características de un parlante se lee que su potencia máxima es de 100W, este solo debe colocarse como carga permanente a un equipo que entregue unos 40W. Si colocamos a trabajar de forma continua un parlante con una potencia mayor a la nominal, termina por quemarse la bobina o el cono roto (desconado), El mayor esfuerzo que realiza un parlante, es cuando reproduce frecuencias bajas.
Algunos parlantes poseen dispositivos de enfriamiento especiales que disipan rápidamente el calor desarrollado, otros usan fluidos especiales que los conservan siempre fríos, independientemente del nivel de potencia.

Impedancia del parlante

Podemos definir impedancia de un parlante a la resistencia eléctrica que ofrece la bobina del parlante. La impedancia nominal de los parlantes de carro suele ser de 4Ω, los equipos de sonido caseros de 6 Ω y en el sonido profesional de 8Ω. Esta impedancia la determinan varios factores, entre ellos; el diámetro de la bobina, su número de espiras, el calibre del alambre, y la permeabilidad del cilindro de hierro dulce, al aplicarle una frecuencia de trabajo de 1000Hz.
Otros factores a tener en cuenta son: La resistencia eléctrica natural de la bobina y la resistencia producida por la inductancia generada en la bobina al estar en movimiento. Esto lo que quiere decir es que la impedancia solo es promedio, ya que dependiendo de las frecuencias que esté reproduciendo el parlante, la impedancia cambia.

En la figura se muestra la curva típica de respuesta para un parlante. Podemos observar cómo la impedancia está en función de la frecuencia aplicada. Lo ideal sería que la impedancia fuera constante para todas las frecuencias de trabajo, pero no es así.

La impedancia llega a su máximo en la frecuencia llamada de resonancia mecánica (Fo), que en este ejemplo está más o menos entre 35 y 60Hz. Esto depende de la construcción del parlante. Para frecuencias inferiores a este valor, el parlante es inoperante. A partir de Fo, la impedancia de nuevo decrece y tiende a estabilizarse cuando alcance la frecuencia típica de trabajo, 1000Hz. De aquí en adelante, la impedancia tiende a crecer junto con la frecuencia.
La impedancia de un parlante se mide a los 1000 Hz. En un parlante para frecuencias bajas, la impedancia se mide en los 400 Hz y si se trata de un parlante para altas frecuencias esta medición se hará en el orden de los 4000 Hz.

Diámetro de la bobina

El diámetro de la bobina está directamente ligado a la potencia del parlante y a su respuesta a las frecuencias bajas. Es algo similar como cuando estudiamos un transformador y vemos que entre mas grande es su núcleo, mayor es su inductancia o magnetismo generado.

Frecuencia de resonancia (Fo)

Se refiere a la frecuencia a la que oscila el parlante o altavoz más fácilmente. A esta frecuencia, el parlante puede ser impulsado a sus límites mecánicos con menos potencia que en cualquier otra frecuencia. Este dato es importante sobre todo cuando se escoge la caja, ya que si la caja también tiene una frecuencia de resonancia similar, lo que conseguiremos es distorsión. Se debe hacer una caja que no resuene en esa frecuencia.
La construcción del parlante y de todas sus partes influyen en la frecuencia de resonancia. Ahora bien, entre mayor es el diámetro del cono, menor será la frecuencia de resonancia y viceversa. Por ejemplo un parlante con un cono de 6 pulgadas tiene una mayor frecuencia de resonancia que uno de 10”. De igual manera, el parlante que tiene un cono más rígido que otro, presentará una frecuencia de resonancia  mayor.

Respuesta en frecuencia

La respuesta en frecuencia se refiere al sonido generado por el parlante de acuerdo a la frecuencia a la cual es sometido.
Para realizar la curva de respuesta en frecuencia se le entrega al parlante una señal de potencia estable en toda la gama de frecuencias audibles, como por ejemplo un ruido rosa y luego usando un analizador de espectro, se mide la potencia sonora generada por dicho parlante. Con estos datos se construye la curva de presión sonora generada en función de la frecuencia.

Observe las variaciones de presión emitidas por el parlante con una misma potencia de entrada y distintas frecuencias. En este ejemplo las variaciones por debajo de los 10dB no se consideran relevantes. Estos parámetros son predeterminados por el fabricante. En este caso para los 100 Hz la presión sonora es de 20dB, habiendo tomando como referencia los 1000 HZ con 30dB.
El punto mínimo para las frecuencias bajas se denomina frecuencia de resonancia (Fr) y el punto más alto en las altas frecuencias se denomina frecuencia de corte (Fc).
En el trayecto se pueden dar muchos cambios de frecuencia pero esto no es importante, mientas que las diferencias de presión sonora no superen aproximadamente los 10dB y no existan diferencias considerables entre picos y valles cercanos. Debe ser relativamente uniforme o de variaciones graduales. La zona sin variaciones de presión sonora superiores a los 10dB recibe el nombre de centro de banda. La frecuencia de corte es la que cae por debajo del centro de banda  aproximadamente 3 a 5 dB.
Esto demuestra que es prácticamente imposible conseguir un parlante que entregue una respuesta plana a toda la gama de frecuencias audibles. Por eso es necesario utilizar dos o tres parlantes para lograr el espectro de banda completo.

Peso del imán

El peso del parlante o del imán no necesariamente está ligado a su calidad o potencia. En el pasado se podía reconocer un buen parlante por su gran peso, de imán grande y pesado, pero con el tiempo se han ido mejorando los materiales y la cantidad de gauss del imán son más altas, sin aumentar su tamaño o peso. Sin embargo un buen parlante no es tan liviano como uno falsificado o de mala calidad.

Sensibilidad

La sensibilidad es la respuesta del parlante a los estímulos eléctricos que envía el amplificador al parlante. Un parlante muy sensible, por lo general puede ser excitado con un amplificador de baja potencia, pero si le imprimimos demasiada potencia, muy seguramente va a distorsionar y hasta se puede dañar. Así que un parlante muy potente por lo general es poco sensible y viceversa, Un parlante de poca potencia es más sensible. Por ejemplo un woofer de 12” o de 15”, tiene una sensibilidad de entre 91 a 95 dB/W. Esto también depende de la calidad del parlante.

Aunque existen parlantes de respuesta de rango completo (full range), son muy pocos los que realmente puede responder a toda la gama audible de audio y menos si se cuenta con poco presupuesto.
Para lograr un sonido equilibrado se debe tener como mínimo dos parlantes en cada bafle; un woofer que se encargue de reproducir las frecuencias bajas y algo de medios y un tweeter o driver, para las frecuencias altas. Esto es muy usado en altavoces de estudios de grabación y alta fidelidad. Claro está que un woofer que responda bien las frecuencias bajas, y a la ves a las frecuencias medias, es algo costoso. Si el presupuesto no es muy alto es mejor agregar el parlante medio (midrange).

COMO SE CONECTAN LOS PARLANTES?

A continuación veamos como conectar un bafle de tres vías y luego uno de dos vías.

Sonido de 3 vías

SISTEMA CROSS-OVER es un conjunto de bobinas y condensadores que separan las frecuencias de audio en bajas, medias y altas con el propósito de enviarlas a cada uno de los tipos de parlantes arriba mencionados. Los bajos los envía al woofer los medios al midrange y los agudos al tweeter.
Los crossover se diseñan para enviar al woofer las frecuencias comprendidas entre 20 y 500 hertz, al midrange las frecuencias entre 500 y 5000 hertz y al tweeter las frecuencias entre 5000 y 20.000 hertz.

Aquí tenemos un crossover sencillo, construido con dos bobinas y dos condensadores. El condensador de 0.47 uF, restringe el paso de las frecuencias bajas, por esta razón se coloca en serie en el positivo del twiter. El condensador de 8.2 uF y la bobina de 0.6 mH, van en serie en el positivo del medio. El condensador restringe el paso de frecuencias bajas, pero no tanto como el de 0.47 uF y la bobina no deja pasar las frecuencias altas para que el medio solo reciba las frecuencias medias. La bobina  de 1 mH se encarga de restringir las frecuencias altas y medias, para el woofer. Construcción de este crossover.

Sonido de 2 vías

 

En la practica es posible construir un bafle sencillo con solo dos tipos de parlantes de los ya mencionados, esto es, con un WOOFER y un TWEETER solamente. La respuesta de este bafle es muy aceptable aun en el campo de la alta fidelidad. para sonido publico resulta mas que idóneo. La siguiente figura ilustra la conexión correcta de los parlantes.

En la figura se aprecia como van conectados los parlantes respectivos. El woofer se conecta directamente es decir mediante cables. El tweeter en cambio se conecta a través de un condensador no polar que en este caso hace el papel de crossover y se encarga de dosificar la cantidad de señal y frecuencias que va hacia el tweeter. Es necesario que Nopasen bajos hacia el tweeter. El condensador solo deja pasar brillos tenues al tweeter y elimina por completo la posibilidad de que pasen bajos o medios. Cuanto mas grande sea el condensador en capacidad, mas bajos pasaran y el sonido empeorará. Cuanto menos capacidad tenga el condensador, menos bajos llegarán al tweeter. El valor estandarizado del condensador es entre 0.47 y 2 microfaradios.

Un inconveniente que se presenta al poner el tweeter a reproducir frecuencias bajas, es el hecho de que el pico de resonancia del mismo, se activa, lo cual produce no solo exceso de frecuencias altas, sino distorsión. Recordemos que el pico de resonancia es la frecuencia a la cual todo tipo de parlante responde con mayor intensidad, es decir un punto de frecuencia en el que se aumenta el volumen. Este pico es indeseable, tanto así que las cajas acústicas deben ser diseñadas para evitarlo.

En ocasiones 2 microfaradios es un valor muy alto produciendo un exceso de sonido brillante en el tweeter, puesto que deja pasar muchos bajos y medios. La solución es reducir la capacidad o insertar una resistencia limitadora en serie con el condensador. Esta resistencia se encarga de dosificar la corriente que circula hacia el tweeter y de esta manera limitar la señal y además protege el tweeter. El valor promedio más adecuado en la práctica es entre 5.6 y 15 ohmios. La potencia de esta resistencia depende de la potencia del amplificador. Para un amplificador de 50 vatios por canal estará bien una potencia entre 2 y 5 vatios.  para potencias mayores use resistencia de 10W.

Utilizar un condensador de 1 microfaradio sin resistencia es una solución alternativa que mejora la regulación de señal al tweeter y limita el exceso de frecuencias bajas y medias. Puede experimentar con un condensador de  0.47 uF o más, hasta que la dosis de frecuencias altas sea la adecuada.

El condensador que hay que utilizar tiene que ser del tipo no polar. Si no lo consigue puede usar dos condensadores polarizados, por ejemplo; de 2.2 microfaradios y conectarlos por sus terminales negativos en configuración serie, a veces llamada antiserie. El voltaje debe ser mayor a los 100 voltios. Así obtendremos un condensador no polar de 1.1uF.

Condensador no polar optimo para tweeter Construido con 2 condensadores polarizados

Acoplamiento de parlantes

Normalmente la impedancia de salida de un amplificador se encuentra entre los 2 a 16 ohmios. Así que para Lograr sacar el mejor provecho tanto a los parlantes como al amplificador, la impedancia debe coincidir entre ambos. La máxima transferencia de potencia enviada del amplificador al parlante se realiza cuando las impedancias son iguales.
Hay varios factores a tener en cuenta para lograr que la impedancia de los parlantes coincida con la del amplificador. Una que pocos tienen en cuenta es el largo y calibre del cable que transporta la corriente del amplificador al parlante. Cuando el parlante o parlantes están cerca al amplificador, el cable no aumenta la impedancia y por consiguiente no hay pérdidas de volumen. Pero cuando usamos cables largos la resistencia aumenta, disminuyendo la potencia del parlante. El cable convierte parte de la potencia en calor y se pierde en él. Así que tendremos menos volumen.
El otro factor que cambia la impedancia  se produce al conectar varios parlantes.

Con el fin de poder conectar varios parlantes para conseguir más potencia o la impedancia requerida por el amplificador, los parlantes pueden ser conectados ya sea en paralelo, en serie o la combinación de ambas formas. Para esto debemos tener muy clara la LEY de OHM. Debemos tener claro que si conectamos dos parlantes de 8 ohmios en paralelo, la impedancia baja a 4 ohmios. Pero si los conectamos en serie, la impedancia sube a 16 ohmios. Esto no cuenta cuando conectamos un woofer con un tweeter y/o un medio, es decir un bafle de dos o tres vías. Como el tweeter tiene un condensador y el medio también, sin contar que puede llevar un crossover o Divisor de frecuencias, la impedancia no baja y se rige solo por los woofer que estén conectados.

Recordemos que los parlantes tienen marcados los terminales de conexión con un signo mas (+) y un signo menos (-). Pues ha llegado el momento de entender para que sirve esto. Cuando se va a conectar un parlante debemos tener en cuenta que los semiciclos positivos enviados por el amplificador deben hacer salir el cono y los semiciclos negativos hacen entrar el cono. Así que cuando se conectan dos parlantes, los dos deben hacer el mismo movimiento.

Si conectamos un parlante de manera invertida con respecto al otro, entonces un cono va a empujar aire y el otro va a contraerlo (movimientos opuestos). Eso va a causar una pérdida de potencia y un sonido sin presencia. Además se atenúan las frecuencias bajas

Cuando se conectan parlantes en paralelo, todos los terminales identificados con el signo mas (+), deben conectarse al terminal de salida del amplificador que tenga el color rojo o el signo mas. De igual manera se debe hacer con los otros terminales, que están identificados con el signo menos (-) o color negro.

A  diferencia que las conexiones en paralelo, cuando se conectan parlantes en serie, de deben conectar como los vagones del tren o como si fueran pilas en serie. El signo mas (+) con el menos (-) del otro parlante y así sucesivamente.

NOTA: Cuando se conectan parlantes en paralelo, se pueden conectar de diferentes potencias. Al final, la potencia total es la suma de la potencia de todos los altavoces. En cambio al hacer una conexión en serie, todos los parlantes deben ser de la misma potencia o de lo contrario el parlante de menor potencia se puede quemar.

A veces tenemos una gran cantidad de parlantes de menor potencia que la salida del amplificador y queremos conectarlos a este. Como ya hemos aprendido que dos parlantes en serie suman sus impedancias y en paralelo se divide a la mitad, podemos realizar la conexión de estos parlantes, de forma tal que se pueda distribuir el sonido manteniendo la impedancia. Por ejemplo, si tenemos 8 parlantes de 8 ohmios, se deben conectar de tal forma que al final  se obtenga la impedancia que posee el amplificador y así aprovechar tanto el amplificador, como los parlantes. A continuación podemos ver que hicimos 4 series de a dos parlantes que luego son colocadas en paralelo.

Cada serie de dos parlantes de 8 ohmios dan una impedancia de 16 ohmios. Las 4 series de 16 ohmios al ser colocadas en paralelo, se dividen por 4, dando como resultado una impedancia total de 4 ohmios.

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