CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE SONIDO  

 

caracterísitcas básicas de sonido drivers conos rango

 

Es obvio que cada altavoz suena de manera única aunque sean equipos de audio de gama similar. Las causas de que no suenen igual son varias y en ocasiones complicadas de entender. En este post vamos a aclarar los aspectos técnicos o características que influyen en la calidad de sonido de los altavoces para que entendáis mejor porque existe diferencia de sonido entre altavoces. 

Características compartidas por cualquier tipo de altavoz

Es importante entender que todas estas especificaciones son compartidas por todos los altavoces independientemente del tipo o finalidad que tengan. Ya sea una barra de sonido, un altavoz wifi, bluetooth… todos sin excepción van a tener estos aspectos técnicos en su interior.

LA ESENCIA DE UN ALTAVOZ 

Cualquier altavoz que conozcamos está formado por un grupo o conjunto de transductores electromagnéticos que son los encargados de transformar la energía eléctrica originaria del amplificador en ondas sonoras audibles.

Las cajas acústicas son esenciales en los subwoofer

Estos transductores son los “órganos” esenciales de un altavoz y se instalan en las llamadas cajas acústicas. Pueden tener varias funciones pero básicamente estas cajas acústicas intentan evitar que las ondas producidas por la parte de atrás de las membranas salgan hacia delante y produzcan lo que se conoce como el “cortocircuito acústico”. Es decir, que las ondas se cancelan unas a otras porque sean de diferentes frecuencias. Esto ocurre mucho con los graves. 

Explicación gráfica de un cortocircuito acústico

El denominado cortocircuito acústico se produce cuando vibra el cono de un altavoz que no se encuentra empotrado, si no al aire, se producen ondas sonoras al frente pero también por su parte trasera, pudiendo anularse o cancelarse entre sí. Para evitarlo, se colocan los altavoces en las cajas acústicas o bafles que impiden que las ondas frontales y traseras puedan anularse. Este efecto se nota mucho en las bajas frecuencias.

DRIVERS 

Una de las principales causas del sonido diferente de los altavoces es la construcción de los transductores electromagnéticos, conocidos como Drivers.

torres de sonido, columnas de sonido, altavoces de suelo tabla de drivers y imagenLos drivers de un altavoz se dividen en cinco familias en función del tipo de frecuencia sonora que emiten.

  • TWEETER: El nombre de tweeter viene de tweet que es piar en inglés y son los drivers enfocados en altas frecuencias o los sonidos agudos (4 a 20 kHz) que se corresponden con el límite del oído humano. En cambio existen tweeter que reproducen frecuencias ultrasónicas de 40 o incluso 100 kHz.


    Los sonidos agudos emitidos por los tweeter son direccionales

    Con el paso de los años, nuestra sensibilidad a los sonidos agudos va disminuyendo debido al deterioro de nuestro sistema auditivo. Además, el sonido del tweeter es el más sencillo de escuchar ya que los altavoces suelen generar el sonido agudo de manera direccional produciendo poca difracción o desvío. Suelen ser altavoces de condensador o electroestáticos, pequeños (entre 2cm y 6cm) a la vez que ligeros.

    Los tweeter de domo o cúpula son los que reproducen un sonido más fiel y nítido aunque menor potencia que otros. Suelen usarse en los equipos de sonido Hi-fi.

  • WOOFER: los drivers woofer son aquellos pensados para las bajas frecuencias, por lo que su sonido está optimizado en un rango de frecuencias en torno a (40 Hz a 1 kHz). El oído humano percibe hasta 20 Hz, por lo que un woofer no cogería todas las frecuencias audibles, para abordarlas todas necesitaríamos el apoyo de un subwoofer que explicaremos más abajo. El nombre woofer proviene del inglés woof, que significa ladrar en inglés. Los woofer habitualmente son altavoces dinámicos o de bobina móvil de un tamaño considerable y con un diámetro en torno a los 8 y 15 pulgadas. Los woofer funcionan moviendo el cono para crear onda de sonido. El reto está en diseñarlos para que ese movimiento reproduzca de manera precisa los impulsos eléctricos aplicados a la bobina, reproduciendo sonidos a un alto volumen y sin distorsión alguna. Las cajas acústicas sirven para complementar a los woofer o subwoofer, porque los altavoces por sí solos tienen limitaciones acústicas que una caja puede ayudar a mejorar.
  • MID RANGE: estos drivers están especializados en la frecuencias medias, que abarcan un rango de frecuencias entre (800 Hz y 5 kHz). Este espectro audible recoge los sonidos como voces por lo que será más fácil distinguir distorsión en el momento en que ocurra. A estos drivers se les conoce también por squawkers, porque proviene de la palabra squawk que significa graznar en inglés.


    Las voces son sonidos de frecuencias medias, por lo que la nitidez es muy importante

     

  • FULL RANGE: Los drivers de rango completo se denominan también full-range porque han sido creados para reproducir todos los rango de frecuencia audibles por los seres humanos. Por regla general, un altavoz de rango completo está formado por un cono que reproduce los impulsos eléctricos suministrados a la bobina. En ocasiones ese cono full-range se complementa con otro pequeño llamado whizzer que ha sido diseñado para aumentar la salida de las frecuencias de sonido, ampliando el rango de frecuencia final. Aunque los requisitos de un altavoz de este tipo sean proporcionar y abarcar todo el rango audible, muchas veces se complementan con un subwoofer que refuerzan la presencia de los graves, porque el full-range cubre hasta los 100 Hz. En estas ocasiones, los drivers full-range se les denomina de amplio rango, que sería lo realmente correcto. Como ventaja, estos full-range apenas generan interferencias debido a que tan sólo generan sonido con una fuente y carecen de filtros de cruce crossover. En cambio, sus desventajas se ven en sus prestaciones de respuesta en bajas frecuencias así como la necesidad de una caja acústica de gran tamaño y precio.
  • SUBWOOFER: estos son los transductores enfocados en reproducir el rango más bajo de frecuencias audibles (20 a 80 Hz) e incluso frecuencias por debajo de los 20 Hz, denominadas subgraves. Tanto en una barra de sonido (home cinema) como un equipo de sonido Hi-fi no existe un sonido completo sin unos graves potentes.


    Las frecuencias de sonido bajas son difíciles de localizar espacialmente

    De esta manera los subwoofer potencian las frecuencias bajas y sirven para complementar a los otros drivers que forman un equipo de música. Principalmente, se distinguen dos tipos de subwoofer: activos y pasivos. Los transductores activos poseen una etapa de salida o amplificador incorporado, en cambio, los pasivos funcionan mediante un amplificador externo. En la mayoría de equipos de música para casa como las torres de sonido o barras de sonido poseen los subwoofers activos porque tienen una construcción más compacta y tienen en su interior el amplificador dedicado, controles de ecualizador… Los subwoofer pasivos necesitan de un amplificador externo y la señal la reciben ya amplificada. Otra característica destacable de los subwoofer es la nula directividad de los sonidos que reproducen, de manera que al receptor le es difícil encontrar la fuente de sonido. Habitualmente, este driver se controla a través de un filtro de frecuencias encargado de filtrar las bajas frecuencias para enviarlas al subwoofer. Las cajas acústicas tienen limitaciones para reproducir frecuencias graves por lo que el diseño optimizado para ellas es el denominado bass reflex. Algo muy a tener en cuenta para las frecuencias bajas es la acústica del espacio. La sala de escucha debe estar preparada (difusión y absorción) además de conocer dónde colocar el subwoofer para potenciar este tipo de frecuencias de sonido. Si no se tienen en cuenta estos aspectos, por un sistema subwoofer muy potente que tengamos, la calidad y fidelidad del sistema será deficiente.

    Los materiales con los que están construidos los bajos, son importantes

    Entendiendo esto, hay que tener en cuenta que si nuestro equipo de música tiene drivers dedicados para cada frecuencia de sonido ofrecerá un sonido más rico en matices que uno que tiene tan solo un driver full range o rango completo. Ya sabemos cómo se dividen los drivers en función del tipo de sonido que reproducen. Pero para conocer cuál ofrece mejor sonido es importante tener en cuenta los materiales con los que está construido ya que tanto las prestaciones finales como el precio varían dentro de un margen muy amplio. Normalmente las membranas de los conos de los altavoces pueden estar construidos de materiales muy distintos.Conos de papel, de polipropileno, la fibra de carbono, el kevlar, aluminio e incluso titanio para algunos tweeters. Como es lógico, cada material es idóneo para unas frecuencias sonoras porque aporta unas características únicas, y muchas marcas premium hacen uso de ellos adecuadamente. Por ejemplo el kevlar es un material de altísima resistencia que se utiliza en chalecos antibalas, cascos de barco e incluso fuselaje de aviones. Pero en frecuencias medias-altas no se comporta bien porque las distorsiona con facilidad. Aparte del material con el que se construyan los drivers también se dividen en varios tipos. Cada uno de estos tienen sus usos y características propias. Existen algunos como los piezoeléctricos, electrostáticos, de cinta, funcionamiento dinámico o de bobina móvil que pueden ser de cúpula o de cono (estos son los más habituales). Por ejemplo los tweeter suelen utilizan los de cúpula para conseguir una buena dispersión vertical y horizontal. En cambio, los drivers dinámicos de cono son los más corrientes y se utilizan para las frecuencias medias y graves.

POTENCIA RMS

La potencia RMS (siglas de “root-mean-square“) representa el nivel medio y constante de potencia que puede ofrecer un altavoz. Es un valor científicamente comprobable y se basa en una fórmula matemática (voltaje RMS al cuadrado dividido por la impedancia (V²/Z)). El cálculo RMS refleja la potencia real, ya que existe un método standard para medirlo, haciéndolo totalmente independiente de fabricantes, marcas, etc., porque es un parámetro universal.

Es importante saber que potencia máxima y potencia RMS (potencia efectiva) no son lo mismo. La potencia RMS es la potencia efectiva que el altavoz puede soportar antes de que genere distorsiones de sonido y empiece a dañar el driver. En cambio, la potencia máxima es el pico de potencia que el altavoz puede soportar hasta que se estropea. A nosotros nos interesa la potencia RMS porque es la más exacta y la que aporta información más útil para valorar la potencia de un equipo de sonido. 

Existen muchas potencias distintas, pero la relevante es la potencia RMS y se mide en Vatios (W)

 

La potencia se mide en Vatios (W) y para que nos hagamos una idea unos 40W RMS de potencia son suficientes para llenar un espacio amplio como un salón o comedor.

CANALES DE AUDIO

El término canales de audio o audio multicanal se refiere al uso de múltiples pistas de audio para reconstruir el sonido y también a la capacidad física de un sistema de audio para reproducirlas.

Para representarlos se usan dos dígitos separados por un punto (2.0, 2.1, 5.1, 6.1, 7.1, etc.) dependiendo de la cantidad de pistas de audio que se utilicen.

El primer dígito muestra el número de canales primarios, cada uno de ellos se reproducen en un altavoz o altavoces diferenciados, mientras que el segundo dígito se refiere a la presencia un altavoz para graves. Así, 1.0 corresponde al sonido mono (que significa un canal), 2.0 corresponde al sonido estéreo, 2.1 estéreo + subwoofer o Dolby Surround, 5.1 Dolby Digital

Iconos utilizados para designar los distintos canales de un altavoz y su localización espacial

Conociendo los canales de audio de nuestro sistema de altavoces surround, existe siempre una configuración óptima en función del número de canales de audio funcionales para que el efecto de sonido producido sea el mejor. De esta manera, en muchos equipos se muestra mediante un esquema dibujado el espacio físico donde deben colocarse los altavoces dependiendo de la cantidad de canales. Se simbolizan con pequeños cuadrados negros (cada cuadrado es un canal)en un recuadro que representa la habitación, indicando así la configuración.

VÍAS 

Las vías son la cantidad de bloques de frecuencia en los que se ha dividido la señal de audio. Los equipos de música con varias vías surgen ante el hecho de que la mayoría de los circuitos internos de un altavoz individual son incapaces de abarcar todo el espectro de frecuencias, donde uno de varias vías si. Estos altavoces incorporan varios drivers en la caja acústica para reproducir un amplio rango de frecuencia. Desde tweeters hasta subwoofers, la señal se divide mediante unos filtros crossover que pueden ser activos o pasivos y que envían cada rango de frecuencias al altavoz apropiado. Los agudos a los tweeter, los graves al subwoofer… y así sucesivamente.

Imagen sobre la tipologia de los altavocesLos filtros crossover o de cruce son unos circuitos filtradores de frecuencias que dividen la señal entrante para obtener una frecuencia de salida separada en rangos de frecuencias: altas, medias, bajas…

En el mundo del audio se emplean dos tipos de crossovers:

  • Crossover de filtro pasivo: Son aquellos que dividen la señal después de amplifIcarla. Básicamente dejan pasar todas las frecuencias y eliminan las que no necesitan. Esto repercute en una pérdida de potencia por lo que no es muy eficiente.
  • Crossover de filtro activo: En estos se divide la señal antes de ser amplificada. Funcionan mediante elementos activos lo que proporciona una amplificación de la potencia así como una buena eficiencia.

De esta manera, los altavoces pasivos utilizan crossover de filtro pasivo mientras que los altavoces activos utilizan crossover de filtro activo.

Es importante no confundir el número de vías con los drivers dentro de un altavoz (tweeter, subwoofer y woofer) porque no siempre coinciden. Por ejemplo, podemos tener una minicadena con dos vías que tenga un tweeter y 4 woofer de rango completo (medios-graves). Es decir, 2 vías repartidos en 5 drivers.

Si hay más drivers es para aumentar la potencia que soporta el equipo y obtener más presión acústica que la que ofrecería un solo driver.

Tipos de altavoces en función de las vías que tienen:

  • De 1 vía o de vía única: En este caso la caja acústica o bafle sólo contiene un altavoz, que puede ser o de rango completo o específico para un rango de frecuencias (tweeter, woofer, medio o subwoofer)
  • De 2 vías: Aquellos altavoces que tienen un driver especializado en altas frecuencias y otro para bajas o medias frecuencias que está optimizado en reproducir tonos medios y graves. Como hemos comentado, puede un número de drivers distinto a 2. Porque drivers y vías no son lo mismo.
  • De 2 vías y media: Como en los altavoces de tres vías, en la caja acústica se encuentran normalmente un woofer, tweeter y medio que divide la señal en tres bandas de frecuencia distribuidas de manera diferente, porque envía bajas y medias frecuencias tanto al woofer como al medio hasta que éstos llegan a un punto en el que tan sólo uno de ellos reproduce el sonido.
  • De 3 vías: El bafle incorpora varios drivers. Normalmente tres especializados en distintos rangos de frecuencia. Tweeter para agudos, woofer para bajas y un medio para las voces.
  • De 4 vías: Aquellos que dividen la señal entrante en cuatro sub-bandas diferentes. De manera que el tweeter recibe las altas frecuencias, los medios reciben las medias y altas frecuencias, las medias-bajas frecuencias las recibe el midwoofer y finalmente, el subwoofer o woofer reciben las frecuencias más bajas.
  • De 5 vías o más: Son aquellos que tienen el máximo número de drivers en la caja acústica y todos ellos especializados. De esta manera la señal entrante se divide en sub-bandas para mejorar así el tratamiento individual de cada frecuencia de sonido.

RANGO DE FRECUENCIA

El rango de frecuencia es un aspecto relevante para tener en cuenta en un equipo de música porque nos da una idea del espectro audible que genera el sistema de audio. De esta manera, el rango de frecuencia es el intervalo del espectro sonoro que es capaz de reproducir un altavoz. Se mide en herzios (Hz). Esta frecuencia suele estar delimitada por el fabricante al rango de frecuencia audible, que es el que somos capaces de escuchar.

Imagen sobre el espectro auditivo de los seres vivos

 

Un oído sano y joven es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20 kHz. No obstante, este margen varía según cada persona y se reduce con la edad. Este rango equivale muy aproximadamente a diez octavas completas (210=1024). Teóricamente lo más óptimo es escoger un altavoz de cubrir este espectro de frecuencias, pero en la mayoría de casos es más que suficiente un rango menor.

Unos altavoces que ofrezcan mayor rango de frecuencias no van a ser mejores, porque lo importante es la nitidez con la que reproducen los sonidos de esas frecuencias. Los rango de frecuencias cercanos a los kHz hacen referencia a los sonidos agudos, mientras que los sonidos graves son los rangos de frecuencia cercanos a 0.

RELACIÓN SEÑAL-RUIDO

La relación señal-ruido (en inglés signal/noise S/N) es el cociente entre el nivel de la señal y el nivel de ruido para unas condiciones determinadas. Se suele medir en decibelios (dB). En Mundo Altavoces cuando se aporta este dato es siempre referido a 1kHz. Se entiende como ruido cualquier señal no deseada, que circula por el interior del altavoz. El nivel de ruido es más o menos perjudicial en función de cual sea el nivel de la señal. 

Gráfica que muestra la relación señal-ruido

 

Teóricamente a mayor relación señal-ruido mayor calidad tendrá el altavoz

Cuanto mayor sea el valor de S-N mayor calidad tendrá el mismo teóricamente.En la práctica, el ruido es indetectable por el oído humano cuando está 50 dB por debajo de la señal.  De todas formas, en MA consideramos importante este parámetro debido a que es un buen indicador de la calidad de la electrónica del altavoz.

 

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