Los parlantes toman señales electrónicas y las convierten en sonido. Ver más imágenes de tecnología de audio. En cualquier sistema de sonido, la máxima calidad depende de los altavoces. La mejor grabación, codificada en el dispositivo de almacenamiento más avanzado y reproducida por un deck y un amplificador de primera línea, sonará horrible si el sistema está conectado a altavoces de baja calidad.
El altavoz de un sistema es el componente que toma la señal electrónica almacenada en cosas como CD, cintas y DVD y la vuelve a convertir en sonido real que podemos escuchar.
En este artículo, descubriremos exactamente cómo los altavoces hacen esto. También veremos cómo difieren los diseños de los altavoces y cómo estas diferencias afectan la calidad del sonido. Los parlantes son increíbles piezas de tecnología que han tenido un profundo impacto en nuestra cultura. Pero en el fondo, son dispositivos notablemente simples.
Conceptos básicos de sonido
Para comprender cómo funcionan los altavoces, primero debe comprender cómo funciona el sonido.
Dentro de su oído hay una pieza muy delgada de piel llamada tímpano . Cuando tu tímpano vibra, tu cerebro interpreta las vibraciones como sonido, así es como escuchas. Los cambios rápidos en la presión del aire son lo más común para hacer vibrar el tímpano.
Un objeto produce sonido cuando vibra en el aire (el sonido también puede viajar a través de líquidos y sólidos, pero el aire es el medio de transmisión cuando escuchamos altavoces). Cuando algo vibra, mueve las partículas de aire a su alrededor. Esas partículas de aire, a su vez, mueven las partículas de aire a su alrededor, transportando el pulso de la vibración a través del aire como una perturbación viajera.
Para ver cómo funciona esto, veamos un objeto simple que vibra:una campana. Cuando tocas una campana, el metal vibra, se flexiona hacia adentro y hacia afuera, rápidamente. Cuando se flexiona hacia un lado, empuja hacia afuera las partículas de aire circundantes de ese lado. Estas partículas de aire luego chocan con las partículas frente a ellas, que chocan con las partículas frente a ellas y así sucesivamente. Cuando la campana se flexiona, atrae estas partículas de aire circundantes, creando una caída de presión que atrae más partículas de aire circundantes, lo que crea otra caída de presión que atrae partículas que están aún más alejadas y así sucesivamente. Esta disminución de la presión se llama rarefacción .
De esta forma, un objeto que vibra envía una onda de la fluctuación de la presión a través de la atmósfera. Cuando la onda de fluctuación llega a su oído, hace vibrar el tímpano de un lado a otro. Nuestro cerebro interpreta este movimiento como sonido.
Sonido diferenciador
Oímos diferentes sonidos de diferentes objetos que vibran debido a las variaciones en:
Un micrófono funciona algo así como nuestros oídos. Tiene un diafragma que es vibrado por ondas de sonido en un área. La señal de un micrófono se codifica en una cinta o CD como una señal eléctrica. Cuando reproduce esta señal en su estéreo, el amplificador la envía al altavoz, que la reinterpreta en vibraciones físicas. Los buenos altavoces están optimizados para producir fluctuaciones extremadamente precisas en la presión del aire, al igual que las captadas originalmente por el micrófono. En la siguiente sección, veremos cómo el orador logra esto.
Producir sonido
En la última sección, vimos que el sonido viaja en ondas de fluctuación de la presión del aire y que escuchamos los sonidos de manera diferente dependiendo de la frecuencia y la amplitud de estas ondas. También aprendimos que los micrófonos traducen las ondas de sonido en señales eléctricas, que se pueden codificar en CD, cintas, LP, etc. Los reproductores convierten esta información almacenada nuevamente en corriente eléctrica para usar en el sistema estéreo.
Un orador es esencialmente la máquina de traducción final, lo contrario del micrófono. Toma la señal eléctrica y la vuelve a traducir en vibraciones físicas para crear ondas sonoras. Cuando todo funciona como debería, el altavoz produce casi las mismas vibraciones que el micrófono grabó y codificó originalmente en una cinta, CD, LP, etc.
Los hablantes tradicionales hacen esto con uno o más controladores .
Producir sonido:diafragma
Un controlador de altavoz típico, con una cesta de metal, imán permanente pesado y diafragma de papel Un controlador produce ondas sonoras haciendo vibrar rápidamente un cono flexible , o diafragma .
Algunos controladores tienen un domo en lugar de un cono. Una cúpula es solo un diafragma que se extiende hacia afuera en lugar de estrecharse hacia adentro.
Elaboración de sonido:Bobina de voz
El cable que atraviesa el sistema de altavoces se conecta a dos conectores de conexión en el controlador. Cuando la corriente eléctrica que fluye a través de la bobina móvil cambia de dirección, la orientación polar de la bobina se invierte.
La bobina móvil es un electroimán básico.
Si ha leído Cómo funcionan los electroimanes, sabrá que un electroimán es una bobina de alambre, generalmente envuelta alrededor de una pieza de metal magnético, como el hierro. Pasar corriente eléctrica a través del cable crea un campo magnético alrededor de la bobina, magnetizando el metal que lo envuelve. El campo actúa como el campo magnético alrededor de un imán permanente:tiene una orientación polar, un extremo "norte" y un extremo "sur", y es atraído por los objetos de hierro. Pero a diferencia de un imán permanente, en un electroimán puedes alterar la orientación de los polos. Si invierte el flujo de la corriente, los extremos norte y sur del electroimán cambiarán.
Esto es exactamente lo que hace una señal estéreo:constantemente invierte el flujo de electricidad . Si alguna vez conectó un sistema estéreo, sabrá que hay dos cables de salida para cada altavoz, generalmente uno negro y uno rojo.
Esencialmente, el amplificador cambia constantemente la señal eléctrica, fluctuando entre una carga positiva y una carga negativa en el cable rojo. Dado que los electrones siempre fluyen en la misma dirección entre las partículas cargadas positivamente y las partículas cargadas negativamente, la corriente que pasa por el altavoz se mueve en un sentido y luego se invierte y fluye en el otro sentido. Esta corriente alterna hace que la orientación polar del electroimán se invierta muchas veces por segundo.
Haciendo Sonido:Imanes
Cuando la corriente eléctrica que fluye a través de la bobina móvil cambia de dirección, la orientación polar de la bobina se invierte. Esto cambia las fuerzas magnéticas entre la bobina de voz y el imán permanente, moviendo la bobina y el diafragma adjunto hacia adelante y hacia atrás.
Entonces, ¿cómo hace la fluctuación que la bobina del altavoz se mueva de un lado a otro? El electroimán se coloca en un campo magnético constante creado por un imán permanente . Estos dos imanes, el electroimán y el imán permanente, interactúan entre sí como lo hacen dos imanes cualesquiera. El extremo positivo del electroimán es atraído por el polo negativo del campo magnético permanente y el polo negativo del electroimán es repelido por el polo negativo del imán permanente. Cuando la orientación polar del electroimán cambia, también cambia la dirección de repulsión y atracción. De esta forma, la corriente alterna invierte constantemente las fuerzas magnéticas entre la bobina móvil y el imán permanente. Esto empuja la bobina hacia adelante y hacia atrás rápidamente, como un pistón.
Cuando la bobina se mueve, empuja y tira del cono del altavoz. Esto hace vibrar el aire frente al altavoz, creando ondas sonoras. La señal de audio eléctrica también se puede interpretar como una onda . La frecuencia y la amplitud de esta onda, que representa la onda de sonido original, dicta la velocidad y la distancia que se mueve la bobina móvil. Esto, a su vez, determina la frecuencia y amplitud de las ondas sonoras producidas por el diafragma.
Los diferentes tamaños de controladores se adaptan mejor a ciertos rangos de frecuencia. Por esta razón, las unidades de altavoces suelen dividir un amplio rango de frecuencias entre múltiples controladores. . En la siguiente sección, descubriremos cómo los altavoces dividen el rango de frecuencia y veremos los principales tipos de controladores utilizados en los altavoces.
Tipos de controladores
Woofer 
Tweeter 
Rango medio En la última sección, vimos que los altavoces tradicionales producen sonido empujando y tirando de un electroimán unido a un cono flexible. Aunque todos los controladores se basan en el mismo concepto, existe una amplia variedad de tamaños y potencia de controladores. Los tipos básicos de controladores son:
Altavoces de graves son los controladores más grandes y están diseñados para producir sonidos de baja frecuencia. Twitter son unidades mucho más pequeñas, diseñadas para producir las frecuencias más altas. Rango medio los altavoces producen un rango de frecuencias en el medio del espectro de sonido.
Y si lo piensas bien, esto tiene mucho sentido. Para crear ondas de mayor frecuencia, ondas en las que los puntos de alta y baja presión están más juntos, el diafragma conductor debe vibrar más rápidamente. Esto es más difícil de hacer con un cono grande debido a la masa del cono. Por el contrario, es más difícil lograr que un controlador pequeño vibre lo suficientemente lento como para producir sonidos de muy baja frecuencia. Es más adecuado para movimientos rápidos.
Porciones del rango de frecuencia
La unidad de cruce típica de un altavoz:la frecuencia se divide entre inductores y capacitores y luego se envía al Woofer, tweeter y controlador de rango medio. 
La típica unidad de cruce de un altavoz:la frecuencia se divide entre inductores y capacitores y luego se envía al Woofer, tweeter y controlador de rango medio. Para producir un sonido de calidad en un amplio rango de frecuencias de manera más efectiva, puede dividir el rango completo en partes más pequeñas que son manejadas por controladores especializados. Los altavoces de calidad suelen tener un woofer, un tweeter y, a veces, un controlador de rango medio, todo incluido en una caja. .
Por supuesto, para dedicar cada controlador a un rango de frecuencia particular, el sistema de parlantes primero necesita dividir la señal de audio en diferentes partes:baja frecuencia, alta frecuencia y, a veces, frecuencias de rango medio. Este es el trabajo del locutor crossover .
El tipo de crossover más común es el pasivo , lo que significa que no necesita una fuente de alimentación externa porque se activa con la señal de audio que lo atraviesa. Este tipo de cruce utiliza inductores, condensadores y, a veces, otros componentes de circuitos. Los capacitores e inductores solo se vuelven buenos conductores bajo ciertas condiciones. Un capacitor cruzado conducirá muy bien la corriente cuando la frecuencia exceda un cierto nivel, pero conducirá mal cuando la frecuencia esté por debajo de ese nivel. Un inductor de cruce actúa de manera inversa:solo es un buen conductor cuando la frecuencia está por debajo de cierto nivel.
Cuando la señal de audio eléctrica viaja a través del cable del altavoz al altavoz, pasa a través de las unidades de cruce para cada controlador. Para fluir al tweeter, la corriente deberá pasar a través de un capacitor. Entonces, en su mayor parte, la parte de alta frecuencia de la señal fluirá hacia la bobina de voz del tweeter. Para fluir al woofer, la corriente pasa a través de un inductor, por lo que el controlador responderá principalmente a las bajas frecuencias. Un cruce para el controlador de rango medio conducirá la corriente a través de un capacitor y un inductor, para establecer un punto de corte superior e inferior.
También hay crossovers activos . Los cruces activos son dispositivos electrónicos que seleccionan los diferentes rangos de frecuencia en una señal de audio antes de que pase al amplificador (usted usa un circuito amplificador para cada controlador). Tienen varias ventajas sobre los cruces pasivos, la principal es que puedes ajustar fácilmente los rangos de frecuencia. Los rangos de cruce pasivos están determinados por los componentes de circuitos individuales:para cambiarlos, debe instalar nuevos capacitores e inductores. Sin embargo, los crossovers activos no se usan tanto como los crossovers pasivos porque el equipo es mucho más caro y necesita varias salidas de amplificador para sus altavoces.
Los cruces y los controladores se pueden instalar como componentes separados en un sistema de sonido, pero la mayoría de las personas terminan comprando unidades de parlantes que albergan el cruce y varios controladores en una sola caja. En la siguiente sección, descubriremos qué son estas cajas de altavoces hacer y cómo afectan la calidad del sonido del altavoz.
Recintos de altavoces sellados
En una configuración de altavoz sellada, el diafragma del controlador comprime el aire en la caja cuando se mueve y enrarece el aire cuando entra. se muda En la mayoría de los sistemas de altavoces, los controladores y el divisor de frecuencias están alojados en una especie de caja de altavoces. . Estos recintos cumplen una serie de funciones. En su nivel más básico, facilitan mucho la configuración de los altavoces. Todo está en una unidad y los controladores se mantienen en la posición correcta, por lo que trabajan juntos para producir el mejor sonido. Los recintos generalmente se construyen con madera pesada u otro material sólido que absorba eficazmente la vibración del conductor. Si simplemente colocara un controlador sobre una mesa, la mesa vibraría tanto que ahogaría gran parte del sonido del altavoz.
Además, la caja del altavoz afecta la forma en que se produce el sonido. Cuando observamos los controladores de los parlantes, nos enfocamos en cómo el diafragma vibrante emitía ondas de sonido frente al cono. Pero, dado que el diafragma se mueve hacia adelante y hacia atrás, en realidad también produce ondas de sonido detrás del cono. Los diferentes tipos de recintos tienen diferentes formas de manejar estas ondas "hacia atrás".
El tipo de caja más común es la caja sellada , también llamado recinto de suspensión acústica . Estos recintos están completamente sellados, por lo que no puede escapar el aire. Esto significa que la onda de avance viaja hacia el exterior de la habitación, mientras que la onda de retroceso viaja solo hacia el interior de la caja. Por supuesto, dado que el aire no puede escapar, la presión de aire interna cambia constantemente:cuando el conductor entra, la presión aumenta y cuando el conductor sale, disminuye. Ambos movimientos crean diferencias de presión entre el aire dentro de la caja y el aire fuera de la caja. El aire siempre se moverá para igualar los niveles de presión, por lo que el controlador se ve empujado constantemente hacia su estado de "reposo", la posición en la que la presión de aire interna y externa es la misma.
Estos recintos son menos eficientes que otros diseños porque el amplificador tiene que aumentar la señal eléctrica para superar la fuerza de la presión del aire. Sin embargo, la fuerza cumple una función valiosa:actúa como un resorte para mantener al conductor en la posición correcta. Esto hace que la producción de sonido sea más ajustada y precisa.
Otras cajas de altavoces
Otros diseños de gabinetes redirigen la presión interna hacia afuera, usándola para complementar la onda de sonido hacia adelante. La forma más común de hacer esto es construir un pequeño puerto en el altavoz. En estos bass reflex altavoces, el movimiento hacia atrás del diafragma empuja las ondas de sonido fuera del puerto, aumentando el nivel de sonido general. La principal ventaja de los recintos bass reflex es la eficiencia. La energía que mueve el controlador se usa para emitir dos ondas de sonido en lugar de una. La desventaja es que no hay diferencia de presión de aire para devolver el controlador a su lugar, por lo que la producción de sonido no es tan precisa.
Radiador pasivo Los gabinetes son muy similares a las unidades bass reflex, pero en los gabinetes de radiadores pasivos, la onda hacia atrás se mueve un pasivo adicional. conductor, en lugar de escapar del puerto. El controlador pasivo es como el principal, activo controladores, excepto que no tiene una bobina móvil de electroimán y no está conectado al amplificador. Se mueve únicamente por las ondas de sonido que provienen de los controladores activos. Este tipo de recinto es más eficiente que los diseños sellados y más preciso que los modelos bass reflex.
Algunos diseños de gabinetes tienen un controlador activo orientado hacia un lado y un controlador pasivo orientado hacia el otro lado. Este dipolo El diseño difunde el sonido en todas las direcciones, lo que lo convierte en una buena opción para los canales traseros de un sistema de cine en casa.
Estos son solo algunos de los muchos tipos de gabinetes disponibles. Hay una gran variedad de unidades de altavoces en el mercado, con una variedad de estructuras y arreglos de controladores únicos. Consulta esta página para conocer algunos de estos diseños.
Diseños de altavoces alternativos
El diafragma se carga alternativamente con una corriente positiva y una corriente negativa, según la señal de audio eléctrica variable. Cuando el diafragma tiene carga positiva, fluctúa hacia la placa frontal, y cuando tiene carga negativa, fluctúa hacia la placa posterior. De esta forma, reproduce con precisión el patrón registrado de las fluctuaciones del aire. La mayoría de los altavoces producen sonido con controladores tradicionales. Pero hay algunas otras tecnologías en el mercado. Estos diseños tienen algunas ventajas sobre los dinámicos tradicionales. oradores, pero se quedan cortos en otras áreas. Por este motivo, a menudo se utilizan junto con unidades de altavoces.
La alternativa más popular es el altavoz electrostático . Estos altavoces hacen vibrar el aire con un panel de diafragma conductivo grande y delgado. Este panel de diafragma está suspendido entre dos paneles conductores estacionarios que se cargan con corriente eléctrica desde un tomacorriente de pared. Estos paneles crean un campo eléctrico con un extremo positivo y un extremo negativo. La señal de audio pasa una corriente a través del panel suspendido, cambiando rápidamente entre una carga positiva y una carga negativa. Cuando la carga es positiva, el panel se atrae hacia el extremo negativo del campo, y cuando la carga es negativa, se mueve hacia el extremo positivo del campo.
De esta forma, el diafragma hace vibrar rápidamente el aire que tiene delante. Debido a que el panel tiene una masa tan baja, responde de manera muy rápida y precisa a los cambios en la señal de audio. Esto hace que la reproducción de sonido sea clara y extremadamente precisa. Sin embargo, el panel no se mueve una gran distancia, por lo que no es muy efectivo para producir sonidos de baja frecuencia. Por esta razón, los parlantes electrostáticos a menudo se combinan con un woofer que aumenta el rango de frecuencias bajas. El otro problema con los altavoces electrostáticos es que deben enchufarse a la pared y, por lo tanto, son más difíciles de colocar en una habitación.
Otra alternativa es el plano magnético altavoz. Estas unidades usan una cinta larga de metal suspendido entre dos paneles magnéticos. Básicamente funcionan de la misma manera que los altavoces electrostáticos, excepto que la corriente alterna positiva y negativa mueve el diafragma en un campo magnético en lugar de un campo eléctrico. Al igual que los altavoces electrostáticos, producen sonido de alta frecuencia con una precisión extraordinaria, pero los sonidos de baja frecuencia están menos definidos. Por este motivo, el altavoz magnético planar suele utilizarse únicamente como tweeter.
Ambos diseños se están volviendo más populares entre los entusiastas del audio, pero los controladores dinámicos tradicionales siguen siendo la tecnología más frecuente, por mucho. Los encontrará dondequiera que vaya, no solo en configuraciones de estéreo, sino también en relojes de alarma, sistemas de megafonía, televisores, computadoras, auriculares y muchos otros dispositivos. ¡Es asombroso cómo un concepto tan simple ha revolucionado el mundo moderno!
Para obtener más información sobre oradores y temas relacionados, consulte los enlaces a continuación.
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