ELEMENTOS DE INGENIERA ACSTICA

Laboratorio 6Nombre: Andrea Mayorca Huamn

Cdigo: 20105021

Horario: H-4724

Tema: El AltavozRESUMEN

El presente informe es acerca de la El Altavoz. Los puntos a tratar son los siguientes:

1. Altavoz2. Partes de un altavoz

3. Caractersticas tcnicas

4. Tipo de altavoces5. Cajas acsticas6. Cortocircuito acstico7. Recintos acsticos8. Experimento1. ALTAVOZEl altavoz es un elemento electroacstico que tiene como misin convertir la seal elctrica, que se le aplica, en una seal acstica. Esta conversin tienes dos etapas: la seal elctrica produce el movimiento del diafragma del altavoz; lo cual, produce a su vez ondas de presin (sonido) en el aire que rodea al altavoz. Es muy difcil construir un altavoz que funcione en todo el espectro de frecuencias audible. Para producir un nivel acstico determinado a bajas frecuencias, es necesario mover una gran cantidad de aire, mientras que en los agudos se obtienen se obtiene el mismo nivel acstico con una menor cantidad de aire. Por tanto, normalmente se adquiere sistemas de altavoces- dos, tres o incluso ms- montados en la misma carcasa junto con un circuito elctrico.

2. PARTES DE UN ALTAVOZ Cono o diafragma: est fabricado de material fibroso y liviano con la finalidad de que sea lo ms inerte posible. La forma del cono depende de la banda de frecuencias que reproduce, las caractersticas de directividad y la potencia admisible del altavoz, aunque normalmente tiene una estructura redonda o elptica. Campana: elemento que sirve de soporte al conjunto de componentes que forman el altavoz, adems de servir de elemento de sujecin a la caja acstica si es el caso. Imn permanente: elemento ferromagntico que forma parte del sistema de excitacin del altavoz, cuya funcin es la de generar un campo magntico constante. Yugo: elemento que aloja en su interior el imn permanente. Bobina mvil: devanado montado sobre un tubo cilndrico. Araa: elemento que centra la bobina mvil en el entrehierro del imn permanente, con el fin de que no se produzcan roces entre ellos o el yugo. Se sita en el cuello del cono y une a este con la bobina mvil. Tapa protectora: protege de polvo y otros agentes el circuito magntico y la bobina mvil. Terminales de conexin: consiste en dos hilos que unen los bornes de la bobina con los dos bornes situados sobre la campana del altavoz. Estos bornes van situados sobre una regleta aislante. 3. CARACTERSTICAS TCNICASLas principales caracterstica que definen el comportamiento de un altavoz son las siguientes: sensibilidad, respuesta en frecuencia, impedancia, potencia, distorsin, directividad y rendimiento.

Sensibilidad (S): determina el nivel de presin sonora, que genera un altavoz a una distancia de un metro de su eje, cuando se alimenta con 1 W de potencia. Las unidades de medida de la sensibilidad; por tanto, se expresan en dB/W/m. Respuesta en frecuencias: el fabricante de un altavoz proporciona una curva caracterstica que indica el comportamiento del altavoz con la frecuencia. La representacin de esta curva se denomina respuesta en frecuencia del altavoz. La curva terica de un altavoz debera ser uniforme en todo el espectro auditible pero, por lo general, esta depender de la calidad del altavoz.

Potencia: indica la cantidad de energa por unidad de tiempo, expresada en watios, que se le puede aplicar sin que este distorsione en exceso o pueda destruirse. Relacionada con la potencia se pueden encontrar diferentes especificaciones: Potencia nominal: Potencia continua de funcionamiento que puede soportar el altavoz sin que sufra desperfectos. Si un altavoz trabaja por encima de la potencia nominal puede daarse debido a que es incapaz de disipar el calor producido por la corriente elctrica que circula. Para la medida de la potencia nominal se pueden utilizar diferentes tcnicas, todas ellas relacionadas con la potencia eficaz; por lo que, en ocasiones el fabricante especificar esta potencia en funcin de la norma utilizada. Potencia de pico mxima: Esta potencia es la potencia admisible durante un tiempo muy corto que puede soportar cada cierto tiempo el altavoz antes de deteriorarse. Est relacionada con el valor de pico de la seal instantnea que se puede aplicar. Potencia de programa: Aunque el uso de este trmino est en desuso, muchos fabricantes todava lo incorporan en sus especificaciones. Para su clculo se utilizan seales sinusoidales. La potencia de programa facilitada por los fabricantes se corresponde, como norma general, con el doble de la potencia nominal. Impedancia: representa la oposicin que presenta el altavoz al paso de la corriente alterna. Se mide en y representa el valor de la carga del amplificador. Su impedancia es una combinacin de la parte inductiva de la bobina (reactancia) y su resistencia.Debido a la reactancia de la bobina del altavoz, su valor variar con la frecuencia de la seal aplicada. Por ello, los fabricantes suministran una curva caracterstica de la impedancia e indican la impedancia nominal del altavoz, que se corresponde con la impedancia ptima en el margen de funcionamiento del altavoz. El altavoz presenta diferentes zonas en su curva caracterstica: A frecuencias bajas (A), por debajo de la frecuencia de resonancia, el altavoz no es operativo, debido a la rigidez que presenta la estructura del altavoz. La impedancia del altavoz en corriente continua (f= 0 Hz), se corresponde con la impedancia resistiva que mediramos con el hmetro. A frecuencia de resonancia, su impedancia presenta un pico (B). Es la frecuencia a la que vibran los componentes mecnicos del altavoz y depende fundamentalmente de sus caractersticas constructivas. Para esta frecuencia, la impedancia es mxima. La zona de la frecuencia de resonancia marca el lmite de funcionamiento del altavoz, ya que por debajo de esta el altavoz no puede operar. Para frecuencias superiores a la de resonancia, la impedancia del altavoz cae y se mantiene constante un margen de frecuencia, en el cual el fabricante especifica la impedancia nominal del altavoz (C). Las impedancias nominales normalizadas de los altavoces son 2, 4, 6, 8, 16 y 32 .

ngulo de cobertura: Un altavoz no irradia por igual en todas las direcciones. Se puede representar la curva de radiacin de un altavoz mediante un diagrama polar, que muestra la variacin de la sensibilidad del altavoz en funcin de la direccin de emisin respecto a sus ejes (horizontal y vertical). Como se observa en el grfico, los altavoces siempre son ms direccionales cuando reproducen frecuencias altas (agudos) que cuando reproducen frecuencias bajas (graves).El ngulo de cobertura de un altavoz se define como el ngulo en el que la sensibilidad decae 6 dB en relacin al eje del altavoz. Normalmente, el diagrama de radiacin horizontal y vertical de un altavoz son iguales, por lo que el ngulo de cobertura horizontal y vertical tambin lo sern. En cambio, existen altavoces, caso de las bocinas y de las columnas acsticas, que presunta un ngulo de cobertura horizontal y vertical diferentes. El ngulo de cobertura horizontal de un altavoz nunca debe ser mayor que el necesario para cubrir el rea de la audiencia, para evitar reflexiones en las paredes u otros obstculos que disminuyan la inteligibilidad.

Rendimiento (n): indica la relacin entre la potencia acstica radiada y la potencia elctrica de entrada aplicada a un altavoz, expresada en %:

N= Pacstica . 100

Pelctrica

El rendimiento de los altavoces es muy bajo, debido sobre todo a que la mayor parte de la potencia aplicada a un altavoz se disipa en forma de calor. Los rendimientos tpicos de los altavoces estn comprendidos entre 1% y 5%. Distorsin: indica la diferencia entre las seales aplicadas al altavoz y las realmente reproducidas. Esta distorsin tiene causas muy variadas, pero son debidas fundamentalmente a la falta de uniformidad del campo magntico en el entrehierro, la alinealidad de las suspensiones del cono, y otros factores mecnicos.El altavoz es uno de los componentes de un sistema de audio que presenta mayor distorsin y esta aumenta a medida que aumenta la potencia aplicada. Adems, la distorsin afectar en mayor medida a los tonos graves: la distorsin tpica a baja frecuencias de un altavoz est en torno al 10%, mientras que en medias y altas frecuencias esta distorsin es bastante menor, sin superar el 1%.

4. TIPO DE ALTAVOCES

Existen diferentes criterios que permiten clasificar los altavoces: En base a su principio de funcionamiento: Electrodinmicos o bobina mvil: se basan en el movimiento solidario de una bobina mvil y la membrana, inmersos dentro de un campo magntico creado por un imn permanente. La seal elctrica de entrada acta sobre la bobina mvil creando un campo magntico que vara de sentido de acuerdo con dicha seal. Este campo magntico interacta con el campo magntico generado por el imn permanente que forma parte del cuerpo del altavoz, producindose una atraccin o repulsin que desplaza la bobina mvil, y con ello el diafragma unido a ella. Al vibrar, el diafragma mueve el aire que tiene situado frente a l, generando as variaciones de presin y; por tanto, ondas sonoras. Tienen una baja eficiencia a alta frecuencia, debido al peso y tamao de la membrana. Por ello, se crearon los altavoces de agudos.

Electrostticos o de condensador: est basado en un sistema de tres placas paralelas. La placa central es mvil y est inmersa dentro del campo elctrico generado por las otras dos placas. La placa central est cargada elctricamente y ejerce las funciones de diafragma. Esta se mueve por la fuerza electrosttica que se produce al variar la carga de las dos placas entre las que se encuentra. Se trata de un condensador donde la placa central es el diafragma. La vibracin del diafragma genera las seales de frecuencia audible. Este tipo de altavoces tienen una respuesta en frecuencia muy amplia y plana en todo el margen audible y generan menos distorsin que los altavoces electrodinmicos. Los principales inconvenientes son su precio, su fragilidad y su sensibilidad a las condiciones ambientales. Piezoelctricos: son dispositivos complementarios de los micrfonos piezoelctricos. Estn fabricados de materiales piezoelctricos, como por ejemplo polister o cermica, que vibran cuando se les aplica una seal elctrica, generando la onda sonora correspondiente. El rendimiento de este tipo de altavoz es elevado, pero debido a sus reducidas dimensiones, su superficie de radiacin es muy pequea, por lo que se utilizan solamente para la fabricacin de altavoces de alta frecuencia. En funcin del margen de frecuencia que puede reproducir:

De baja frecuencia (graves) Woofer: Se utilizan para reproducir las frecuencias ms bajas del espectro, por lo que presentan una frecuencia de resonancia muy baja, entre 20 Hz y 500 Hz. Debido a que esta frecuencia depende de las dimensiones del diafragma, son los altavoces cuyo dimetro exterior es ms grande; tpicamente ente 15 y 45 cm. Su respuesta en frecuencia es mala para las frecuencias medias y altas. De frecuencias medias squawker: Estos altavoces reproducen las frecuencias medias del margen audible. Su frecuencia de resonancia se sita en torno a los 200 Hz y 400 Hz, respondiendo de manera adecuada hasta frecuencias de unos 6 KHz 8 KHz. Su dimetro exterior ser intermedio entre el de un altavoz de graves y uno de agudos, siendo sus dimensiones tpicas de unos 5. De alta frecuencia tweeter: Estos altavoces reproducen hasta las altas frecuencias del margen audible (20 kHz) y tienen una respuesta muy pobre a las bajas frecuencias, ya que su frecuencia de resonancia est cercana a los 2 kHz. Tienen el menor dimetro exterior de todos los altavoces, entre 2.5 y 10 cm. En funcin del acoplamiento con el medio de radiacin:

De radiacin directa: El diafragma del altavoz es el elemento que radia directamente al aire. La mayora de los altavoces estudiados son de este tipo. De radiacin indirecta: Se intercala un dispositivo entre el diafragma y el aire, con el objetivo de acoplar la impedancia de ambos. Normalmente, se utiliza un bocina que adapta la alta impedancia del diafragma a la baja impedancia del aire. De este modo, se mejora el rendimiento del altavoz, transformando ms energa elctrica en acstica. 5. CAJAS ACSTICASNormalmente, los altavoces van montados en el interior de unas cajas que, por un lado, proporcionan proteccin y sujecin mecnica y, por otro, les protegen de un fenmeno acstico denominado cortocircuito acstico.6. CORTOCIRCUITO ACSTICOCuando se aplica una seal elctrica a un altavoz, el diafragma se desplaza hacia fuera si esta es positiva, mientras que si es negativa, lo hace en sentido contrario, es decir, hacia dentro. Esto provoca que el nivel de presin sonora que se genera tenga signo diferente en cada lado del altavoz. Esta situacin provoca la cancelacin del sonido en los extremos del altavoz cuando se encuentran los dos frentes de onda, ya que existe una oposicin de fase entre ellos. 7. RECINTOS ACSTICOSCon el objetivo de evitar el cortocircuito acstico, los altavoces se montan en el interior en una caja o recinto acstico.Se pueden encontrar diferentes tipos de recintos o pantallas acsticas:

Recinto infinito: es el recinto acstico ms sencillo, est formado por un panel de grandes dimensiones, idealmente infinitas, como por ejemplo una pared, en el que se practica un agujero para el altavoz. La misin del panel es separar la radiacin frontal del altavoz de la radiacin posterior, para as evitar el cortocircuito acstico. Para evitar la cancelacin de las ondas es necesario utilizar un panel de dimensiones grandes: mayor que la longitud de onda ms grande que se desea reproducir. Recinto cerrado: el altavoz se aloja en el interior de una caja completamente cerrada, que evita que las seales radiadas en la parte posterior del altavoz se propaguen, por lo que se mejora las condiciones acsticas, pero se reduce el rendimiento, ya que no se aprovechan las ondas posteriores. Esta solucin tiene el inconveniente de que modifica las condiciones de trabajo y la respuesta en frecuencia del altavoz, ya que se producen resonancias debido a las dimensiones de la caja, cuando las seales son de una longitud de onda mltiplo de estas. Si se desea una buena respuesta a bajas frecuencias, las dimensiones de la caja deben ser elevadas, ya que la impedancia acstica del altavoz aumenta a medida que el volumen de la caja disminuye. Otro motivo que aumenta la frecuencia de resonancia es la resistencia que ofrece el aire encerrado dentro del reciento cuando es comprimido. Recinto bass-reflex: son cajas que reflejan los bajos. Para ello la caja contiene un ducto, denominado puerto rflex, que tiene por misin extender la respuesta a las bajas frecuencias, aprovechan el sonido que se produce en la parte posterior del altavoz. Las dimensiones del puerto rflex deben ser tales que la onda directa y la reflejada por el ducto estn en fase. A baja frecuencia, se aprovecha la onda posterior, ya que el puerto invierte la fase de la onda, permitiendo aumentar hasta 3 dB el nivel de la seal. En cambio, a frecuencias medias y altas el puerto no acta.

Recinto con radiador pasivo: es un recinto bass-reflex en el que se sustituye el aire de la abertura del puerto por un altavoz desprovisto de bobina, el cual se excita por las variaciones de presin del aire encerrado dentro del recinto.8. EXPERIMENTOSe uso la tcnica espectrometra de retardo del tiempo (TDS); la cual rechaza cualquier reflexin aceptando la onda directa. Adems, se realiza en campos lejanos.

Tambin se uso la tcnica Stable Stale Resone (SSR), la cual se realiza en campos cercanos.El sonido es un barrido sinusoidal o de frecuencias.Clculos: Magnitud: 122.09 - 97.81 = 24.28

Fase:-206.50 (-168) = 38.50

1 m

Emisor (Altavoz)

Transductor

Mecnico-acstico

Transductor

Electromecnico