(Car Audio).

Edita : Acustica Beyma
Autor: Ricardo Ferrandis
Diseño: Bru
Imprime: Engloba
Depósito Legal: V-208-2001
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Introducción
El interior de un automóvil, es un habitáculo difícil de sonorizar. Para alcanzar un alto
rendimiento es complejo encontrar una ubicación ideal de los altavoces. La pésima
colocación de los altavoces de origen, así como el precario tamaño de estos,
hace que en muchas ocasiones nos resulte diificultoso conseguir un sonido ideal.
Con este manual pretendemos ayudar a comprender todos estos fenómenos producidos en el interior de un vehículo, que aún siendo cotidianos, desconocemos
las causas que los producen.
Para finalizar damos una pequeñas nociones para la construcción de filtros pasivos
y cajas acústicas pues la tendencia del mercado hace que cada día su montaje
sea más común.
Muchas gracias por vuestro interés,
Dto. Técnico car audio acústica beyma S.A.
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Índice
CAPITULO I
1- ¿ Que es el sonido ?
2- Interferencias acústicas en el interior del vehículo
2.1-Constructivas
2.2-Destructivas
2.3-Ondas estacionarias
3- Emplazamiento de los altavoces
4- La polaridad de los altavoces
5- El altavoz electrodinámico
6- Parámetros de un altavoz
6.1-Parámetros mínimos para el diseño de cajas
6.2-Sistemas de sonido
6.3-El tweeter
7- El subwoofer ¿por qué?
7.1 -Emplazamiento
7.2 -Efectos límites
7.3 -Propagación y modulación
7.4 -Acoplamiento
8- Tipos de bafles
9- Elección de una caja
10- Altavoces en cajas acústicas
10.1-Comparación entre los recintos acústicos mas corrientes
11- El automóvil como entorno de audición
11.1 -Volumen ocupado por los altavoces
11.2 -Acoplamiento simétrico e isobárico
12- Construcción de una caja
12.1-Cálculo del los resonadores
13- Elección y emplazamiento de un cajón según el vehículo
14- Los filtros
14.1 -Tipos
14.2 -Cálculo de filtros
14.3 -Atenuación
14.4 -Canal central
15- La importancia de un cableado en la instalación
16- Tablas de cálculo y consulta.
CAPITULO II
17- Características y cubicaje de los altavoces beyma car
CAPITULO III
18- Esquemas de diferentes montajes típicos
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CAPITULO I
1.¿Qué es el sonido?
Nos gustaría antes de adentrarnos en el mundo del sonido explicar brevemente
algunos conceptos técnicos en los cuales, el hecho de ser utilizados comúnmente
nos hace que se dé por entendido su significado, cuando en muchas ocasiones se
desconoce su significado real.
Se da el nombre de frecuencia al numero de veces que algo se repite de una
manera periódica en un segundo . Un pasaje musical puede estar compuesto de
muchas frecuencias, cada una de diferente amplitud.
El sonido tiene una medida internacional para medir su nivel, a esta unidad se le
llama Bel,
Bel en honor a Graham Bell. Al ser de una magnitud muy grande, normalmente se emplea el decibel dB (o sea la décima parte).
El decibelio es la relación entre una presión acústica respecto a otra predeterminada o de referencia, ambas expresadas en la unidad de presión, el Pascal.
Normalmente se toma como referencia 20 micropascales que equivalen al umbral
mínimo de audición, esto es 0 dB
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En el siguiente gráfico mostramos qué rango de frecuencias reproducen los instrumentos más comunes, esto puede ser de gran ayuda para situarlos en la escena
sonora cuando se ajuste un vehiculo.
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Las ondas sonoras se propagan a una velocidad fija, esto hace que si la distancia de la fuente (altavoz) a nuestro oído es grande se produzca un retardo hasta
que el sonido llega a nuestro tímpano (recordemos lo del trueno y el rayo).
En un automóvil las distancias son muy cortas, por ello el tiempo de retardo es muy
pequeño, pero aún así, se da el efecto de que el conductor escucha más el
altavoz más próximo a él, por lo cual los altavoces están a menudo balanceados
al lado opuesto. Esto es debido a diferencias de fase en el punto de escucha y a
los obstáculos que interfieren el nivel de presión sonora.
En la fig. 2 podéis apreciar la diferencia de tiempo de retardo.
figura
13
2
La velocidad del sonido varía en función del medio y de las temperaturas en las
que se propague, por ejemplo:
material poroso
50m/s
aire a 0º
330m/s
aire a 20º
340m/s
aire a 23º
345m/s
Esto hace que algunos vehículos reproduzcan o absorban mejor o peor algunas
frecuencias, en función de sus tapizados, aislamientos, etc.
Por ejemplo, suponemos que habréis experimentado alguna vez que estando
alguna noche en un vehículo escuchando el equipo tranquilamente hayáis pensado, ¡ este equipo suena hoy mejor que nunca !, esto es debido posiblemente a
la diferencia de humedad , temperatura y ruido ambiente.
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2. Interferencias acústicas en el interior de un vehículo
Cuando dos o mas ondas se interfieren, puede ocurrir que se sumen o se cancelen en función de su fase y frecuencia.
Este tipo de interferencias puede ser constructiva o destructiva.
2.1 Interferencia constructiva se da cuando se encuentran dos ondas con la
misma frecuencia, fase y amplitud esto hace que se sumen causando un aumento de nivel sonoro.
2.2 Interferencia destructiva ocurre cuando las ondas están desfasadas y al
sumarse se produce una cancelación entre ellas.
Esto produce que muchas veces al ajustar un equipo de audio con un analizador
RTA se descubre algún valle en determinada frecuencia, aunque intentemos eliminar esta merma con un ecualizador no se consegue ninguna mejoría, incluso el
resultado empeora.
El problema viene dado por una interferencia destructiva y probablemente con
solo variar la dirección, o la fase de un determinado altavoz respecto a los otros se
logra solucionar el problema.
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2.3 Ondas estacionarias Existen otro tipo de interferencias llamadas estacionarias, estas se crean al rebotar entre dos superficies paralelas de manera que la frecuencia cuya longitud de onda coincida con la separación de las dos superficies
o sea un multiplo de ellas se verá reforzada en algunos puntos y atenuada en otros.
Esto ocasiona que la percepción del sonido cambie drásticamente en función del
punto de escucha.
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En un automóvil se da ha menudo dos casos que crean estas situaciones:
1) Cuando por el tipo de montaje (bandeja trasera, salpicadero) el sonido es reflejado en el cristal.
2) Ondas de baja frecuencia causadas por el limitado tamaño del habitáculo y por
las estructuras metálicas del vehiculo que dan lugar a la llamada resonancia de
cavidad.
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3- Emplazamiento de los altavoces
Al diseñar un sistema de sonido de alto nivel, el emplazamiento de los altavoces
tiene un efecto muy importante sobre la imagen estéreo.
Una disposición en eje (vertical) respecto al oyente nos dará una mayor calidad
sonora. El instalar un sistema multivías en posición horizontal o vertical será un determinante de la calidad de la imagen estéreo. Os presentamos un ejemplo, situaros
en casa, en un salón sentados en el centro con los altavoces frente a vosotros y
orientados a este centro, se formaría una especie de semicírculo de unos 180º y
el sonido estaría alineado con los oídos del oyente. Esto nos daría aproximadamente los limites del campo que crearía una actuación en vivo.
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Si nos damos cuenta, una disposición horizontal ensancharía unos 20 grados el
ángulo de escucha. En un automóvil la posición de escucha fuera del centro representa un problema grave pues produce un empobrecimiento de la imagen estéreo
y en algún punto puede llegar a ser monoaural.
El sonido radiado desde un mismo eje vertical crea una mejor imagen estéreo,
pues la separación entre los centros acústicos derecho e izquierdo es ideal.
Aunque posiblemente la disposición horizontal crea un mejor foco de sonido, en un
espacio de dimensiones considerables en el automóvil donde las distancias son
mínimas el resultado no es el esperado.
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4- La polaridad de los altavoces:
En un sistema de audio todos los altavoces deberían estar conectados en fase (es
decir que todos deberían moverse en el mismo sentido). Un cambio de polaridad
en alguno de los altavoces puede empobrecer la imagen estéreo y si es en un
woofer el efecto es mayor aún porque hace que desaparezcan los graves.
Existen en el mercado unos comprobadores para la polaridad que generando un
pulso que es reproducido por el altavoz y aplicando un micro a este nos detectan
si esta es correcta o incorrecta.
Si no se dispone de este comprobador hay una manera muy sencilla de poder
comprobar la polaridad. Aplicando el polo positivo de una pila de 1,5 v al cable +
del altavoz y el negativo al cable -, observando el movimiento del cono , este
deberá desplazarse hacia fuera. Si es así, la polaridad es la correcta, si va al contrario deberemos invertir los cables en la salida de audio. No es aconsejable comprobar los tweeter con este sistema.
En el caso de que se disponga de un subwoofer en el maletero , debemos probar
a conectarlo de las dos maneras, para ver cual es la que nos ofrece un mejor
sonido. Esto es debido a que se produce un solapamiento de las frecuencias y
puede generar el efecto de que el subwoofer nos suene en el maletero o se
desplace a la parte frontal del vehículo.
Deberemos tener en cuenta que los filtros y circuitos electrónicos también pueden
producir un desfase en la señal, por ello aunque la polaridad sea la correcta en
muchos casos es conveniente cambiarla para mejorar el sonido.
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5- El altavoz electrodinámico
El funcionamiento de un altavoz es muy simple, cuando aplicamos una señal eléctrica a este, la bobina genera un campo magnético, al estar esta dentro de otro
campo magnético que es el del imán esto hace que se genere una fuerza que
desplazara la bobina en sentido perpendicular a este campo, desplazando asimismo el diafragma.
Así pues al desplazarse la membrana de una determinada forma, se crearan unas
vibraciones, o diferencias de presión del aire que serán propagadas hasta llegar a
nuestro oído.
A continuación os mostramos un altavoz seccionado para que podáis ver los
diferentes elementos que lo componen.
Seccionado de las partes que componen un altavoz
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6- Parámetros de un altavoz
Parte de las características de un altavoz vienen definidas por unos parámetros llamados Thiele/Small y electro mecánicos
A continuación vamos a describir brevemente estos parámetros:
Fs
- Es la frecuencia de resonancia natural del altavoz
Qts
- Es la q total del altavoz. Este es un factor de calidad que es usado como
indicador de las características de resonancia y amortiguación del altavoz
Vas
- Compliancia (elasticidad) acústica del altavoz, expresada como un volumen de aire teniendo la misma elasticidad que la suspensión del altavoz
Sd
Vd
- Es la superficie efectiva del diafragma del altavoz
- Volumen máximo de aire que el diafragma del altavoz puede desplazar
Xmax - La excursión de pico del altavoz (desplazamiento de la bobina).este es un
termino muy importante, pues es uno de los factores que determina la capacidad
de potencia eléctrica del altavoz
Sensibilidad
- Es la presión acústica desarrollada por el altavoz medida generalmente con un vatio ó 2.83v a una distancia de un metro
Re.
- Es la resistencia de la bobina del altavoz
cms
- Compliancia de las suspensiones del altavoz
Qms Factor de pérdidas mecánico
Resistencia rms
Qes
- Resistencia mecánica
- Factor de perdidas eléctricas
Rango frecuencias - Es el margen de frecuencias que es capaz de reproducir
el altavoz
Rendimiento
nº(eficiencia) - Nos indica la relación de transformación de
energía eléctrica en acústica
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Impedancia
Le
- Es la resistencia de la bobina del altavoz en AC
- Inductancia de la bobina del altavoz
Factor bl
- Es el factor de fuerza realizado por el motor del altavoz formado por
el imán y la bobina
Mms
- La masa móvil total incluyendo el aire que desplaza el cono en
ambos lados
6.1 Parámetros para el diseño de cajas acústica De todos estos parámetros
que os hemos descrito, según el programa de diseño utilizado, serán necesarios solo algunos, que son básicos:
fs
vas
qts
eficiencia
sensibilidad
Por supuesto cuando más datos utilizemos mas se podrá optimizar el cálculo de la
caja.
6.2 Sistemas de sonido Al diseñar un sistema de sonido de dos o tres vías, es
muy importante seleccionar bien el cruce de frecuencias para que los altavoces,
woofers, medios y tweeter trabajen siempre dentro de su rango de trabajo óptimo.
Estas especificaciones técnicas siempre vienen dadas por el fabricante, pero por
regla general son desatendidas al realizar una instalación, es de gran importancia
prestar atención a estas especificaciones.
Por ejemplo un woofer que trabaje entre 25 y 800 hz nunca lo deberemos utilizar
para un kit delantero de dos vías, deberemos buscar un altavoz que como mínimo
trabaje de 20 a 3000 hz y por supuesto lo deberemos cortar con un filtro adecuado.
6.3 El tweeter Es la principal víctima de todo montaje, independientemente de la
calidad y la potencia de un tweeter, un 80% de las roturas se producen por mal filtraje y no por potencia, como se suele pensar.
Debemos tener en cuenta lo siguiente, los tweeters son altavoces destinados a
reproducir altas frecuencias de audio, aproximadamente de 2kh hasta 22kh, es por
ello que el material elegido para su construcción debe ser ligero para ofrecernos la
mayor fidelidad posible al reproducir estas frecuencias.
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Cuando a causa de un mal filtraje permitimos el paso de frecuencias medias o
bajas, estas hacen que la membrana del tweeter se desplace demasiado y
debido a la fina sección del hilo que compone la bobina, esta se corta. Esta es
una de las averías más típicas.
A esto deberíamos añadir muchas veces la baja calidad y alta distorsión de los
amplificadores seleccionados que es otra gran causa de roturas.
Otro factor a tener en cuenta al seleccionar la frecuencia de corte es la pendiente
de atenuación del filtro (6 db, 12db o 18 db), puesto que cuando menor sea la
pendiente mayor será el paso de frecuencias no deseadas y estaremos limitando
más la potencia que soportará el tweeter y tambien su duración, como mínimo se
recomienda siempre el uso de filtros de 12 db para este tipo de altavoces.
En un filtro de tres vías por lo general la potencia se reparte aproximadamente de
la siguiente forma. Aunque esto puede cambiar en función de las frecuencias de
corte elegidas.
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Así podemos comprender que el motivo por el que se deterioran los tweeters,no es
por lo general poque aguanten poca potencia, si no por lo expuesto anteriormente,
distorsión y mal filtraje..
6.4 Protección de tweeters Existen en el mercado unos sistemas de protección
para los tweeters que también nos pueden ayudar a proteger estos delicados altavoces del mal uso y la saturación a la que algunos usuarios los hacen trabajar.
Un ejemplo es el ftx 1p de beyma, que intercalado en serie con el tweeter cuando detecta un aumento excesivo de corriente, recorta el paso de la señal impidiendo así que la bobina sufra y pueda cortarse .
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7- El subwoofer ¿por qué?
Probablemente la mejor opción que disponemos para aumentar el rendimiento
de un equipo de audio es añadir un subwoofer. Estos proporcionan a un equipo
de audio la pegada y profundidad en graves que los altavoces normales no reproducen.
En el interior de un automóvil, la importancia de un subwoofer es mayor, pues
debido a los ruidos generados por el vehículo en movimiento, la absorción de los
materiales y el ruido ambiente, las frecuencias por debajo de unos 100 hz quedan
enmascaradas. Si a esto añadimos que el oído humano también es menos sensible a las frecuencias bajas que a las medias y altas veremos que la importancia de
un subwoofer es clara.
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En la figura siguiente podemos observar la curva del ruido producido por un
vehículo en movimiento .
7.1Emplazamiento del subwoofer Si disponemos de un cajón de graves en el
maletero de un vehículo, apreciaremos que suena diferente (más grave o menos)
según donde se emplace. Estas diferencias, aumentan si el mismo cajón se prueba en dos coches diferentes. Todo esto tiene su explicación: a este efecto se le
llama “carga”.
Como ya se explicó anteriormente, en un vehículo el emplazamiento de los
altavoces afecta la respuesta en frecuencia y la imagen. Con los subwoofers
ocurre lo mismo. Aunque en estos no sea fundamental el tamaño del habitáculo,
si hay algunos factores que nos pueden favorecer.
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En los siguientes ejemplos podemos observar el efecto de un subwoofer instalado
en la bandeja de un vehículo. Con el maletero cerrado los graves son profundos
y al abrirlo la carga cambia drasticamente .
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7.2 Efectos límites El lugar donde coloquemos el subwoofer en el maletero de un
vehículo puede tener una influencia drástica en el resultado de la potencia acústica. Si este está ubicado en el centro, pegado a la pared, puede aumentar 3 db la
potencia, si lo desplazamos a un rincón podremos obtener 6 db; esto seria equivalente a aumentar 4 veces la potencia del amplificador. Si bien estos aumentos
estarían limitados a determinadas frecuencias en función de su longitud de onda.
Este dibujo muestra la importancia del emplazamiento de un cajón de subgraves
en un vehículo.
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7.3 Propagación y modulación Como en un automóvil, el habitáculo de
escucha es muy pequeño, la distancia entre los altavoces genera efectos positivos
y negativos. La intensidad del sonido es mayor porque estamos muy cerca de los
altavoces, pero la propagación de las bajas frecuencias es mas débil.
Al escuchar un equipo hi-fi , alejándonos de los altavoces apreciaremos que los
graves son mas profundos. Esto es debido a que las frecuencias viajan a una velocidad fija, y la distancia entre el altavoz y el oyente debería ser de al menos de un
1/4 de la longitud de onda. Puesto que en ese punto tendremos un nivel máximo
de presión.
La formula para calcular la longitud de onda es la siguiente:
l=v/f
Donde : f=frecuencia
v= velocidad del sonido (340m/s)
l= longitud de onda
Las frecuencias mas bajas tienen una longitud de onda mayor. Es por lo que un subwoofer, debe mover una cantidad de aire suficiente para que se provoque un
cambio “ambiental” de la presión del aire en función de la frecuencia. Esto hace
que nuestros oídos perciban las ondas sonoras. Las partículas de aire moduladas
también excitan otros sensores en nuestro cuerpo que nos hacen percibir las bajas
frecuencias.
Estos efectos por desgracia también modulan la estructura metálica del vehículo,
dando lugar a vibraciones que distorsionan y enturbian la señal de audio.
7.4 Acoplamiento En las grabaciones de audio, por lo general las frecuencias
inferiores a 100 hz son grabadas en mono. Cuando en un automóvil coloquemos
varios subwoofers, podemos mejorar la eficiencia colocando los altavoces tan
cerca unos de otros como sea posible y calculando el cajón de forma que sea
compartido por parejas. En algunos casos la eficiencia podría incrementarse en
unos tres dB.
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Al ser una señal monofónica lo que queremos reproducir, si colocamos los altavoces lo mas juntos posible conseguiremos una mejor propagación de las ondas
sonoras.
No ocurre lo mismo con las frecuencias media y agudas, debemos recordad
siempre cuando instalemos una bandeja de tres vías, colocar los altavoces de
graves juntos en el centro, medios y agudos en los extremos para aumentar la
escena musical y la separación estéreo.
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8- Tipos de bafles
Todos los altavoces emiten dos ondas acústicas, una frontal y otra posterior. Estas
son iguales, pero opuestasen su fase. Por lo cual si estas ondas interfieren entre si
se cancelarían mutuamente. Por este motivo deben ser aisladas para conseguir
que solo una de ellas llegue a la zona de audición. La forma más sencilla de conseguir esto es mediante una caja o bafle.
Bafle infinito Se le llama así cuando el altavoz dispone de una caja de gran
tamaño (normalmente cuando se instala en una bandeja trasera), de forma que
esta influye en la menor medida posible en el altavoz. Este sistema de montaje es
aconsejable para altavoces con parámetros que permitan utilizarlos a volúmenes
elevados, con una baja fs (20-40 hz) y un alto qts (o, 5-1). Son los comúnmente llamados free air, y es aconsejable que la superficie donde estén sujetos sea lo más
rígida posible y que esta no permita la comunicación entre el maletero y el
habitáculo de los pasajeros.
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9- Elección de una caja acústica
En principio no se podría afirmar que tipo de caja es mejor que otra puesto que
cada una es adecuada para un tipo de usuario o escucha especifica.
La regla principal para diseñar una caja es que cuanto más simple sea la carga
(bafle infinito, caja hermética), más lineal será la respuesta y la fase, y menor la presión. Este tipo de bafle reproduce un sonido más fiel al original, puesto que tiene
una respuesta más rápida y ocasionara un menor cansancio de audición. Esta
caja es aconsejable para tipos de música mas lineal, por ejemplo los puristas y
amantes de la música clásica.
Si se elige una caja de carga mas compleja (reflex, isobárica) la respuesta a transitorios y la calidad del sonido empeorará, por el contrario obtendremos una mejor
respuesta en frecuencia y una menor distorsión de intermodulación. El sonido será
más dinámico y menos natural. Este tipo de caja es más aconsejable para tipos
de música con mas contenido en bajas frecuencias como por ejemplo la música
pop y disco.
Al elegir un tipo de caja, se debe tener en cuenta que en una cerrada, el altavoz
está mas controlado, la excursión del cono es menor, y por lo tanto la vida del
altavoz con usuarios mas agresivos, puede ser más larga.
En el dibujo siguiente se muestran los modelos de cajas acústicas mas comunmente
utilizados.
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10- Altavoces en cajas acústicas
Por regla general obtendremos mejores resultados si utilizamos un altavoz montado
en una caja acústica que en una bandeja. Esto es debido a que el volumen del
espacio de carga es mucho más rígido que el del maletero, además nos permite
calcular aproximadamente el rendimiento acústico y esto aumenta la posibilidad
de conseguir un resultado satisfactorio. Por el contrario presenta la desventaja de
reducir el espacio libre en el maletero del automóvil.
Caja hermética Es el tipo de caja más sencilla de construir, puesto que lo único
necesario es instalar el altavoz en una caja hermética con unos determinados litros.
Ventajas: excelente control del altavoz
gestión de potencia adecuada a todas las frecuencias
diseño simple
recinto acústico pequeño
alta admisión de potencia
sonido mas real y más agradable de escucha
Desventajas:
menor presión sonora en frecuencias bajas
requiere mas potencia
punto de corte (- 3 dB ) alto
Cuando menor sea el volumen de carga, perderemos eficacia en bajas frecuencias y ganaremos en la gama de medios graves, además necesitaremos mas
potencia para alcanzar el mismo nivel de presión en las frecuencias graves. Los
altavoces que mejor se adaptan a este tipo de caja son los que poseen un qts no
inferior a 0.5 y una fs baja, alrededor de 30-50 hz
caja cerrada
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Caja acústica reflex La diferencia entre una caja hermética y una reflex consiste
en incorporar a la segunda un tubo de un diámetro y longitud adecuados. Esta
abertura es un resonador acústico, utilizando el aire de su interior como un muelle
que hace que el volumen de aire de la caja y la masa del cono del altavoz resuenen a una frecuencia determinada. En esa frecuencia el movimiento del cono es
mínimo y prácticamente, todo el sonido es producido por el tubo reflex.
Ventajas
mejor rendimiento que la hermética ( aprox. 3 d B )
spl máximo mas elevado en frecuencias próximas a la fs
respuesta en frecuencia más ancha y ajustable
Desventajas:
diseño más complejo
peor control del cono
Si se busca una respuesta mas amortiguada y rápida, se puede reducir la frecuencia de trabajo aumentando la longitud del tubo. Si lo acortamos se producirá una
resonancia mas marcada.
Los altavoces más idóneos para este tipo de cajas deben poseer unas frecuencias
de resonancia, entre 20-80 hz y un qts no superior a 0.4.
caja reflex
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Paso banda de cuarto y sexto orden En estos dos tipo de carga, cada uno
de los lados del altavoz trabaja con su propio volumen. Normalmente la carga de
la parte posterior es una caja reflex optimizada y el lado frontal trabaja como caja
hermética en la de cuarto orden y como reflex en la de sexto orden. En este sistema el altavoz no radia directamente sino que actúa sobre los resonadores. La
curva que obtendremos será en forma de campana con una pendiente de 24
db/oct en el caso de la simétrica y de 36 db/oct en la de sexto orden
Teóricamente estos sistemas son los mejores a la hora de construir un cajón de subgraves, tienen un mayor control del diafragma del altavoz, prácticamente se autofiltran (no es necesario añadir un filtro pasivo de calidad).
Los altavoces mas adecuados para la carga simétrica suelen tener la fo entre los
20 y 80 hz y un qts entre 0,25 y 0,45. Para el sistema reflex doble se requiere una fs
similar, pero el qts deberá ser mas bajo para compensar la pérdida de atenuación
debida a la ausencia de una cámara hermética. Es aconsejable en estas cajas la
mínima utilización de aislante acústico.
Paso banda de cuarto orden
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Paso banda cuarto orden
Ventajas
Pequeño volumen de carga
buena respuesta en frecuencia
limitación del desplazamiento del
cono
respuesta paso-bajo parcialmente
filtrada
Desventajas
Emisiones espureas en la respuesta
lo que hace necesario un filtro pasa
bajos con un corte igual al doble de
la f3 y una pendiente de 18db
Paso banda de sexto orden
Paso banda a sexto orden
ventajas
excelente control de desplazamiento
respuesta pasa bajo filtrada
se pueden obtener altas presiones con altavoces de
dimensiones reducidas
Desventajas
volumen de trabajo alto
reducido control del cono por debajo de la frecuencia
de trabajo mínima
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10.1 Comparación entre los recintos acústicos más corrientes
A continuación vamos a mostraros algunos gráficos que os pueden ser de ayuda
para comprender mas fácilmente las diferencias entre las diferentes configuraciones de cajas:
En los gráficos reflex y doble, se aprecia que estas cargas no son capaces de
limitar el desplazamiento del cono en las primeras zonas del espectro acústico,por
debajo de la frecuencia de trabajo es como si la caja estuviera abierta, por lo cual
toda la energía recibida por el altavoz se transforma en movimiento no productivo,
y en un sobrecalentamiento de la bobina, sin producir sonido alguno. Por este motivo seria aconsejable que cuando se utilice este tipo de cajas se realice un filtrado
de estas frecuencias (subsonicas) con un pasa altos con una fc aproximadamente
igual a la mitad de la frecuencia de trabajo inferior y por supuesto nunca se debe
utilizar un pasa bajos con corte inferior a la frecuencia de trabajo.
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11- El automóvil como entorno de audición
El diseño de cajas acústicas con programas de ordenador,
parámetros cuyo significado ya hemos explicado
se basa en unos
Pero estos parámetros se obtuvieron a partir de un modelo teórico de bafle infinito.
Es por ello, que al diseñar un bafle, debemos pensar que el habitáculo del
automóvil posee un volumen definido y que por ello las condiciones de trabajo no
serán las mismas.
En un automóvil, las paredes próximas a la fuente de sonido, pueden reflejar las
ondas sonoras hacia el entorno de audición reforzando el nivel de escucha (como
ya describimos anteriormente) aumentando este unos 6 db, aunque le añaden
también un retardo y por lo tanto un desfase.
Por lo tanto debéis tener en cuenta que el cajón diseñado resonaráen el automóvil
con un nivel de presión superior al simulado por ordenador para un bafle infinito,
además la respuesta en frecuencia se vera ecualizada como se muestra en los
siguientes gráficos.
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11.1 Volumen ocupado por los altavoces
Cuando calculemos las dimensiones de una caja, siempre debemos referirnos al
volumen interno. Si añadiésemos algún cuerpo sólido en su interior, siempre debemos restar el volumen ocupado por este. No debemos olvidar por tanto el volumen
ocupado por el imán chasis y cono del altavoz.
V. interno = V caja + volumen del altavoz
También debemos considerar, si rellenamos el interior con fibra de vidrio, puesto
que el efecto de esta es el contrario, o sea nos aumentaría artificialmente el volumen, debido a que se reduciría la velocidad del aire.
En el caso de que la caja sea reflex, este material se deberá emplear solo en las
paredes de la caja, en planchas gruesas y el incremento que nos producirá, será
aproximadamente de un 15-20% del volumen total. Si por el contrario la caja va a
ser sellada, se deberá rellenar totalmente de fibra dejando un pequeño espacio
libre tras el altavoz. Esto nos incrementara el volumen de la caja en un 20%
aproximadamente , dependiendo de la densidad de la fibra.
11.2 Acoplamiento simétrico e isobarico
A continuación presentamos otras dos configuraciones de montaje:
Simétrico.
Simétrico Consiste en acoplar dos altavoces idénticos por la parte del cono. Los
dos conos, orientados en sentido opuesta se desplazan en una misma dirección.
Ventajas:
eliminación de distorsiones
se reduce a la mitad el volumen de trabajo
Desventajas: se pierden 6 db de eficiencia ya que solo radia uno de los conos
se duplica el coste para la misma presión
isobárico.
Los altavoces deben ser idénticos pero se acoplan por la parte posterior en lugar de la frontal y deben ir enlazados por un volumen de aire.
Dependiendo de si el enlace es simétrico o asimétrico tendremos las mismas ventajas e inconvenientes que en estos tipos de acoplamiento.
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12- Construcción de una caja
A continuación repasaremos unas nociones para la construcción de cajas acústicas:
Para conseguir una calidad excepcional en la reproducción de las bajas frecuencias, la caja no debe añadir un enturbamiento de la señal con vibraciones no
deseadas. Por este motivo es importante construir las cajas con el mayor esmero y
utilizando solo los materiales adecuados.
Para conseguir una caja rígida, es importante que el grosor del material sea como
mínimo de 16-19 mm, debemos evitar que las paredes sean paralelas para evitar
efectos rebote, y deben estar completamente selladas todas sus uniones.
Para su construcción podéis utilizar:
madera aglomerada 19 mm
contrachapado varias capas
fibra mdf (la mas compacta)
La fibra mdf también llamada iberpan o dm es la mejor opción debido a su elevada densidad.
Las colas mas adecuadas son las típicas colas de carpintero. Deberemos sellar las
uniones también con silicona para garantizar que estas son completamente herméticas.
Es mejor utilizar mechones de madera además de tornillos para el ensamblado de
los paneles.
Es aconsejable también encolar o colocar una pequeña junta de goma entre el
altavoz y la madera antes de atornillarlo ya que así será mejor el contacto.
Para el relleno se puede utilizar la clásica fibra de vidrio o la de poliester y como
mejor opción la de coton.
La sección del cable deberá ser de cómo mínimo 2.5mm y de gran flexibilidad.
Una caja de calidad se reconoce de inmediato si golpeamos uno de sus paneles
el sonido debe ser seco y amortiguado, sin reverberaciones.
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Ejemplo para la construcción de caja acústica
12.1 Calculo del tubo Bass reflex
En las cajas Bass reflex el tubo o puerto es el encargado de sintonizar la frecuencia de resonancia de la caja. Según el tamaño de subwoofer el diámetro del tubo
deberá tener unas dimensiones mínimas:
Altavoz de 8” ...................... 4 a 8 cm.
Altavoz de 10”..................... 6 a 10cm.
Altavoz de 12”..................... 8 a 15 cm.
Altavoz de 15”.....................10 a 15 cm.
La formula para calcular el tubo reflex es la siguiente :
L=longitud del puerto en cm.
D=diametro interior del puerto en cm
Vd= volumen neto de la caja en litros
Fc=frecuencia de resonancia en hz
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13- Elección y emplazamiento del cajón según el vehículo
En primer lugar, elegiremos el tipo de caja según nuestras preferencias musicales y
el tipo de vehículo, como se vio en el apartado elección de una caja acústica .
Debemos tener en cuenta también los parámetros del altavoz y elegir el que
mejores prestaciones tenga para este tipo de caja (no todos funcionan igual en
caja cerrada que en Bass reflex). Para esto hay una formula de cálculo muy sencilla:
ebp = fs / qes
ebp es menor que 50 el cajón debe ser cerrado
ebp esta entre 50 y 100 la caja puede ser cerrada o reflex
ebp es mayor que 100 la caja debe ser reflex
Esto no quiere decir que os tengáis que ceñir a rajatabla, pero el rendimiento no
será el mismo.
Dependiendo de nuestros gustos musicales , para la música rock y disco normalmente la caja será de dimensiones mas reducidas y la fs más alta, mientras que si
buscamos mas presión acústica en frecuencias bajas el volumen deberá ser mayor
y la fs más baja.
La ubicación idónea del subwoofer en coches pequeños con bandeja debería ser
la del cono orientado hacia el portón trasero, en vehículos sedan o de maletero
sellado este debe ir en sentido contrario, es decir hacia los asientos pero guardando siempre una distancia con estos, en vehículos monovolumen la situación seria
en el respaldo del asiento trasero radiando hacia el portón. Para los vehículos en
los que el maletero va completamente sellado y la rigidez del metal es mayor, es
aconsejable la construcción de una caja hermética o isobárica.si la caja fuese
reflex ubicar la salida reflex si es posible en la bandeja del vehículo haciendo un orificio en esta.
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14- Los filtros
¿Qué es un filtro?
Un filtro es un circuito que nos limita el paso de una señal , según su frecuencia, su
función es la de dejar pasar unas determinadas frecuencias y frenar otras.
14.1 Tipos de filtros:
Pasivos.Pasivos. Son filtros fabricados como su nombre indica con componentes pasivos,
resistencias, condensadores, bobinas. Estos filtros no necesitan ser alimentados y
pueden introducir perdidas debido a las tolerancias de los componentes, por ello
es aconsejable la utilización de componentes de alta calidad en su fabricación.
Activos.Activos Están construidos con componentes activos, transistores, operacionales y
necesitan una alimentación externa a la señal de audio. Nos permiten modificar
las señales antes de amplificarlas y pueden incorporar también ecualizaciones en
sus controles, así mismo permiten controlar el nivel de salida. Por desgracia también son más sensibles a las interferencias (parásitos) y suelen generar ruido de
fondo.
Digitales.Digitales. Suelen usarse en reproductores de CD y procesadores de señal,
modifican la señal manipulando la información digital.
A continuación vamos a estudiar el diseño de filtros pasivos, puesto que son los más
comúnmente utilizados.
Tipos de filtros pasivos:
Estos filtros se pueden dividir según la pendiente de atenuación que presenten, 6
db, 12db, 18 db, etc., en los siguientes tipos.
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Filtro pasa altos.altos Es el que atenua el paso de las frecuencias inferiores al cruce
seleccionado
Filtros pasa bajos.bajos Es el que atenua el paso de las frecuencias superiores a las de
cruce seleccionado .
Filtros pasabanda.pasabanda Son los que permiten el paso de frecuencias entre dos cortes,
es decir son la unión de los dos anteriores.
Un filtro en función de su pendiente de corte puede ser calificado de 1er orden,
2º orden etc. como veremos en el apartado siguiente.
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14.2 Calculo de filtros
Filtros de 1er. Orden.Orden Este filtro es el mas utilizado puesto que solo requiere dos
componentes para una configuración de 2 vías
Donde f3 es la frecuencia de cruce deseada, C y L son los valores de la capacidad y la inductancia y R la impedancia del altavoz.
Debo hacer hincapié en una cuestión muy importante, como hemos visto en la
Fórmula anterior la impedancia del altavoz afecta a la frecuencia de corte, por ello
no debemos utilizar el mismo filtro para un altavoz de 4 ohmios, 8 ohmios etc., Así
mismo no se debe utilizar un filtro de dos o tres vías y mas de 12 dB dejando alguna de sus salidas sin carga, puesto que alteraríamos su funcionamiento.
En las paginas siguientes, os aportamos una relación de los valores de condensadores y resistencias necesarios según la frecuencia de corte deseada para que
podáis realizar vuestros propios filtros.
Filtros de 2º orden.orden. En este tipo de filtros el diseño es más complejo pues se
requieren dos componentes resistivos, estos componentes forman un circuito que
provoca una atenuación de las frecuencias fuera del pasabanda con una pendiente
de 12 db octava.
La formula para el calculo de esta frecuencia es:
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Como se puede observar, la frecuencia de resonancia viene dada por el producto de L y C. Por tanto es posible utilizar cualquier combinación de ambos valores siempre que nos de la frecuencia deseada . .
Según esto, el comportamiento del filtro sería el mismo con unos valores que con
otros, pero en la practica esto no es así. A esta diferencia que caracteriza la
respuesta de los filtros se le denomina Q. ( factor de calidad )
La Q de un circuito nos define las características resonantes del mismo.
Para cada valor diferente de la Q de un filtro las características de respuesta y fase
son diferentes, por ello nos vamos a centrar solamente en el diseño de los dos tipos
mas utilizados en las aplicaciones de car audio.
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Filtro butterworth: este filtro se caracteriza por mantener una transferencia plana de
la potencia, su pendiente de cruce es mas suave . Por ello será más efectivo en
las aplicaciones en las que el sonido nos llegue reflejado (salpicadero, bandeja
trasera).
Filtro linkwitz riley: la característica de este filtro es que su respuesta en frecuencias
es plana , tiene una pendiente de cruce mas abrupta y mayor rizado . Por ello es
más aconsejable en los casos en que el sonido nos llega directamente (puertas o
montajes en eje).
A la hora de diseñar un filtro, hay otro factor que debemos tener en cuenta.
En una configuración de dos o tres vías, la sensibilidad de los altavoces no es la
misma, por ejemplo, el woofer tendrá 86 db, el medio 89 db y el tweeter 96, para
conseguir una respuesta equitativa en todas las frecuencias deberíamos atenuar
los altavoces que más sensibilidad tengan.
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14.3 Atenuación
Hay dos maneras de atenuar un altavoz:
Atenuación en l.l. Es el modo mas indicado de reducir el nivel, podemos calcular
los valores de las resistencias con la siguiente tabla en función de los db que
deseemos atenuar.
Un factor muy importante que también debemos tener en cuenta, es la potencia
que van a disipar las resistencias que vamos a utilizar.
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Atenuación en serie.- Un altavoz se puede atenuar también simplemente
añadiéndole una resistencia en serie. A continuación mostramos una tabla para
poder efectuar este cálculo.
En las últimas páginas de este manual podemos encontrar unas tablas de atenuación
con los valores ya calculados para diferentes impedancias.
Filtros trimode.trimode. En la actualidad y debido a que los amplificadores pueden
soportar impedancias de trabajo por debajo de los 4 ohmios se están utilizando
un tipo de filtro llamado trimode, este es un filtro que trabaja en configuración
estéreo y mono a la vez y se compone de dos pasa altos y un pasa bajo.
Un ejemplo es el modelo ASF2L de beyma, este filtro dispone de dos salidas
estéreo filtradas a partir de 100 hz y una salida mono filtrada por debajo de los
100 hz.
Este tipo de filtros son muy útiles pues nos permiten añadir un subwoofer a una configuración de dos altavoces con una sola etapa de potencia de 2 salidas.
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14.4 Canal central
Otra variante de filtro de posible utilización es la del filtro pasa-banda para la construcción de un canal central.
El canal central normalmente esta formado por un altavoz de pequeño diámetro
que normalmente va instalado en el salpicadero y es utilizado para mejorar la imagen estéreo y centrarnos el sonido. Este va conectado en puente con los canales
derecho e izquierdo para obtener la suma de ambos canales. También debe ser
atenuado para evitar que resalte sobre los otros altavoces. A continuación
podemos ver un diseño para una frecuencia entre unos 600 y 6000 hz, se pueden
modificar estos valores si deseamos otras frecuencias de trabajo.
En este ejemplo la señal es atenuada con una resistencia de 20 Ohms.
La respuesta de frecuencia está entre 600-6000 Hz
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Al realizar el diseño de un filtro es mejor utilizar condensadores bipolares o poliester
a ser posible y con un voltaje de 50 - 100 voltios como mínimo.
Las bobinas a ser posible deben ser de núcleo de aire pues soportan mayor corriente y son menos sensibles a la saturación que se produce en las de núcleo de
ferrita y que da lugar a distorsiones molestas.
También debemos tener en cuenta que todos los filtros pasivos generan un desfase de 90 grados si son de 6 db y de 180 grados si son de 12 db , por ello os aconsejo que siempre probemos a desfasar los tweeter en un sistema de sonido para
ver que manera suenan mejor (ojo todos los tweeters del vehículo deben tener la
misma fase).
Lo mismo os ocurrirá cuando conectéis un subwoofer, si apreciamos que el grave
no es lo bastante profundo debemos invertir la polaridad de este para ver si se
aprecia alguna mejoría.
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15- La importancia del cableado en una instalación
Cuando realicemos la instalación de uno o varios amplificadores, un factor muy
importante para el éxito del montaje es la alimentación del equipo. Junto con la
capacidad de la batería del vehículo, la sección del cableado utilizado es primordial. La sección del cable de alimentación que utilicemos debe ser capaz de
soportar el paso de la corriente suficiente para alimentar al equipo.
Para calcular la sección necesaria hay dos factores primordiales, uno es la longitud
del cable y el otro es la potencia total del equipo de audio. La formula utilizada
para este calculo es la siguiente:
i= potencia total (p1+p2+…pn) / 0.5 x 13,2
Donde i= corriente absorbida por el equipo (p1+p2+pn)
n= 0,5. Rendimiento del amplificador
v= 13,2 v voltaje nominal de la batería
Por ejemplo, si contamos con dos amplificadores en el vehículo, uno de cuatro
canales 4x100w =400w rms y otro para un subgrave de 2x300w=600w
I= 400+600 / 0,5 x 13,2 = 151,51 amperios
Teniendo ya calculada la corriente total absorbida por el equipo y con tabla A que
encontraremos en la página siguiente, podemos calcular la sección del cableado
de alimentación.
En Estados Unidos se utiliza una medida llamada awg (american wire gauge) con
la tabla B, podemos convertir la sección de mm2 a la medida de awg.
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16 -Tablas de calculo y consulta
A
Tabla de cálculo para cables de alimentación
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B
Tabla de conversión entre AGW y mm
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Factores útiles de conversión
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Dimensiónes de las cajas
A continuación se indican algunas fórmulas que podrán ser útiles durante la fase de
diseño de cajas para calcular su volumen total
Fórmulas para el cálculo del área
Fórmulas para el cálculo de volumen
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Cálculo de la atenuación para un altavoz
Nota: La potencia de las resistencias
esta calculada para unos 50 watios, si
la potencia suministrada es mayor se
debera aumentar la potencia de
estas.
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Tabla de valores para diseño de filtros 2 Ohm
Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado.
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Tabla de valores para diseño de filtros 4 Ohm
Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado
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Tabla de valores para diseño de filtros
8 Ohm
Nota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado
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CAPITULO II
En este parte del libro aportamos todos los parámetros mecánicos y eléctricos
necesários para la construcción de los recintos acústicos idóneos para los altavoces de la serie Bass Xtreme y Metal Pro. Así mismo mostramos algunos ejemplos
para la construcción de cajas. Estas medidas son orientativas, pueden modificarse
tanto en altura como en anchura, siempre que el volumen final de la caja sea
respetado. Como os decíamos en el capítulo anterior debemos tener en cuenta el
modelo de altavoz a utilizar puesto que algunos funcionaran mejor en caja cerrada
que reflex y a la inversa.