¿Cómo funcionan los parlantes?

Aunque los altavoces Hi-Fi existen desde hace más de 70 años, para muchos recién llegados al mundo del audio, estas cajas de madera con varios componentes y aberturas pueden parecer misteriosas. Es por eso que hemos elaborado este artículo para aquellos que recién comienzan su viaje al mundo del sonido de alta calidad.

Es importante comprender que, a pesar de décadas de avances tecnológicos en diseño y fabricación, el principio fundamental detrás de cómo funcionan los parlantes (o transductores acústicos) apenas ha cambiado desde que Edward Kellogg y Chester Rice lo introdujeron por primera vez en 1925. Ya sea que estemos hablando del Los pequeños parlantes de su teléfono inteligente, la barra de sonido debajo de su televisor o los enormes parlantes de un concierto, todos comparten el mismo diseño básico.

La evolución de los sistemas Hi-Fi nos ha brindado una calidad de sonido increíble, pero comprender los principios básicos detrás de la tecnología de los altavoces lo ayudará a tomar decisiones más informadas al construir su propio sistema de audio.

¿Cómo funciona un altavoz?

Antes de profundizar en los detalles de cómo funcionan los componentes de los altavoces, tomemos un momento para comprender cómo los altavoces crean sonido en general. La señal de audio amplificada se envía a una bobina metálica hecha de alambre. A medida que la corriente eléctrica fluye a través de la bobina, interactúa con un imán dentro del altavoz, lo que hace que el diafragma vibre.

Estas vibraciones mueven el aire, creando ondas sonoras que son una réplica exacta de la señal de audio original. Y así, escuchas el sonido, ya sea música o la voz de alguien. Por supuesto, esta es una explicación simplificada, pero ahora que tenemos una comprensión básica, analicémosla más.

El altavoz, o transductor de sonido, es el componente clave de cualquier sistema de altavoces y nos permite escuchar audio. Su trabajo es convertir la señal eléctrica del amplificador en ondas sonoras acústicas que viajan por el aire y llegan a nuestros oídos.

Para conectarse al amplificador, el altavoz tiene dos terminales vinculados a una bobina móvil oculta dentro del altavoz. Esta bobina se encuentra en un espacio estrecho entre los polos de un imán permanente ubicado en la parte posterior del altavoz. Cuando la corriente alterna (la señal de audio eléctrica) fluye a través de la bobina, se mueve hacia adelante y hacia atrás, siguiendo los principios del electromagnetismo que todos aprendimos en la escuela.

Dado que la bobina está unida al diafragma, que es la parte que se puede ver en la parte frontal del altavoz, el diafragma (o cono) también se mueve hacia adelante y hacia atrás. Estos movimientos generan las ondas sonoras que percibimos como sonido. Para permitir que el diafragma se mueva libremente, está montado sobre un marco flexible. Cuanto mayor es la amplitud del movimiento del diafragma, más fuerte es el sonido que escuchamos.

¿Qué hay dentro de un altavoz?

Echemos un vistazo al interior de un altavoz y analicemos cómo cada parte desempeña un papel en la creación del sonido.

Vocero

La función principal de un altavoz es convertir una señal eléctrica en ondas sonoras. Es esencialmente el “motor” que impulsa la producción de sonido.

Los componentes clave de un altavoz incluyen:

• Polo;
• Espaldar;
• Imán;
• Placa superior;
• Bobina móvil;
• Cesta;
• Araña;
• Cono y envolvente;
• Tapa antipolvo.

Poste, placa posterior y placa superior

El polo actúa como un conductor, coordinando todo el sistema magnético del altavoz. Se encuentra en el centro y dirige el campo magnético. La placa posterior está ubicada detrás del poste, mientras que la placa superior está ubicada directamente encima de él.

Imán

El imán proporciona una fuente constante de energía magnética en el altavoz, rodeado por el polo y las placas que ayudan a enfocar el campo magnético. Está fijado a la cesta del altavoz y se le conoce como imán permanente porque conserva sus propiedades magnéticas indefinidamente. Por otro lado, la bobina móvil, que interactúa con el imán, sólo se vuelve magnética cuando una corriente eléctrica la atraviesa.

Bobina de voz

La bobina móvil es un cable enrollado firmemente alrededor de un pequeño cilindro, a veces llamado bobina. Piensa en ello como un yo-yo. Cuando una señal eléctrica pasa a través de la bobina, se convierte en un electroimán que interactúa con el imán permanente del altavoz. Si recuerdas tus lecciones de física, sabrás que las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Esta interacción magnética hace que la bobina se mueva hacia adelante y hacia atrás, creando finalmente ondas sonoras.

Araña y envolvente

La araña es un material corrugado que sostiene la bobina móvil, manteniéndola en su lugar y al mismo tiempo permitiéndole moverse estrictamente hacia adelante y hacia atrás. Aunque pueda parecer contradictorio, la araña garantiza que la bobina no se desplace hacia los lados, manteniendo un movimiento estable.

El marco tiene un propósito similar para el cono. Mantiene el cono en su lugar en la parte superior de la canasta del altavoz, lo que le permite moverse suavemente mientras produce sonido.

Cono

El cono, también conocido como diafragma, es una de las pocas partes visibles del altavoz. Se mueve hacia adelante y hacia atrás en respuesta a los impulsos magnéticos de la bobina móvil. Este movimiento crea ondas de presión en el aire circundante, produciendo los sonidos que escuchamos.

Tapa antipolvo

La tapa antipolvo es un componente pequeño que protege las partes internas del altavoz del polvo y la suciedad, evitando posibles daños.

Cesta

La canasta es el marco que mantiene unidos todos los componentes del altavoz. Como sugiere el nombre, actúa como una canasta, reuniendo todas las partes en una estructura unificada.

Así es como funciona un altavoz. Sin embargo, cuando hablamos de “altavoces”, normalmente nos referimos al sistema completo, no sólo a los componentes internos. Pero, ¿qué más se necesita para garantizar que los oradores funcionen eficazmente?

Componentes eléctricos

Para que la bobina móvil produzca sonido, necesita una señal eléctrica. Aquí es donde entran en juego los terminales de altavoz y los cables trenzados. Los terminales son los puntos o puertos de conexión metálicos donde el cable de audio se conecta al altavoz.

Estos terminales se conectan al cable trenzado que alimenta la bobina móvil, proporcionando el "combustible" necesario para alimentarla. Este cable es responsable de transmitir la señal eléctrica que se convierte en sonido.

Recinto

El recinto, o “gabinete” del altavoz, desempeña un papel crucial en el funcionamiento del altavoz. En primer lugar, proporciona una carcasa sellada que protege los componentes internos del polvo, la suciedad y elementos externos como el pelo de las mascotas.

En segundo lugar, el recinto ayuda a reducir la distorsión de fase. Cuando el diafragma del altavoz se mueve, produce ondas sonoras en ambas direcciones. Sin el recinto, estas ondas podrían anularse entre sí, lo que daría como resultado una mala calidad del sonido.

Finalmente, el recinto afecta la dirección del sonido y la afinación de los graves. Un gabinete bien diseñado puede ayudar a dirigir el sonido hacia donde se necesita y mejorar la percepción de las bajas frecuencias.

La carcasa suele estar hecha de un material denso y rígido para evitar resonancias y vibraciones no deseadas. Los materiales más habituales son la madera o el MDF (tablero de fibra de densidad media), aunque en ocasiones también se utiliza el plástico.

¿Cómo reproducen los parlantes diferentes frecuencias?

Ya hemos explicado cómo los altavoces convierten la energía eléctrica en ondas sonoras. Sin embargo, no todas las frecuencias de sonido son iguales y si un solo altavoz intenta manejar todo el espectro de sonido, la calidad se verá afectada.

Por eso, en los conciertos, a menudo verás enormes pilas de sistemas de audio. Cada altavoz está diseñado para manejar un rango de frecuencia específico: los subwoofers y woofers manejan las frecuencias bajas, los controladores de rango medio cubren el rango medio y los pequeños tweeters se encargan de las frecuencias altas. Estos parlantes están construidos de manera diferente para manejar estos distintos rangos.

Por supuesto, la mayoría de las personas no quieren llenar su estudio o sala de estar con una gran pila de parlantes y controladores separados para cada frecuencia. Aquí es donde entran los altavoces multidriver.

Altavoces multicontrolador

Los altavoces con múltiples controladores utilizan dos, tres o incluso cuatro controladores de diferentes tamaños para manejar varias frecuencias. El tipo más común es el altavoz de dos controladores, a menudo llamado sistema de dos vías.

Dentro de un altavoz de dos vías hay un crossover, un componente especial que divide la señal de audio en diferentes rangos de frecuencia. Las frecuencias altas se envían al tweeter, mientras que las frecuencias medias y bajas se dirigen al woofer, utilizando filtros para dividir las frecuencias de forma adecuada.

Al utilizar un crossover, el altavoz puede reproducir toda la gama de sonido con un nivel de calidad que sería imposible con un solo controlador.

Tweeters y woofers

Si te has dado cuenta, la mayoría de los altavoces Hi-Fi tienen varios controladores de diferentes tamaños en el panel frontal. ¿Pero por qué es eso? Si bien en teoría un solo controlador puede reproducir toda la gama de frecuencias de audio, este enfoque tiene limitaciones prácticas.

Tweeters y woofers

Un controlador pequeño no puede mover suficiente aire para producir frecuencias bajas a un volumen adecuado. Por otro lado, los controladores más grandes, que manejan bien los graves, tienen limitaciones mecánicas que les impiden reproducir eficientemente las altas frecuencias. Otra característica importante de los controladores es la directividad, que se refiere al ángulo dentro del cual el sonido está adecuadamente equilibrado. La directividad de un parlante depende de su tamaño: los parlantes más grandes tienen una directividad más estrecha en las frecuencias altas, mientras que los más pequeños tienen dificultades con las frecuencias bajas.

altavoz de alta frecuencia

Para lograr un sonido equilibrado y de alta calidad en todas las frecuencias, los altavoces utilizan varios controladores de diferentes tamaños. Cada controlador está diseñado específicamente para manejar un rango de frecuencia particular: bajo, medio o alto. Para garantizar que cada controlador reciba solo las frecuencias para las que está diseñado, se utiliza un componente especial conocido como crossover, que divide la señal de audio en diferentes bandas de frecuencia. Pero hablaremos de eso la próxima vez.

¿Qué es la impedancia del altavoz?

La impedancia del altavoz se refiere a la resistencia general al flujo de corriente eléctrica en un altavoz. Se mide en ohmios e incluye tanto la resistencia del cable de la bobina móvil como la inductancia causada por el cable que se enrolla en una bobina. A diferencia de la resistencia estándar, la inductancia cambia con la frecuencia de la señal, un fenómeno conocido como reactancia inductiva.

Debido a esta variable, la impedancia difiere de la resistencia "normal" y se calcula mediante fórmulas complejas, que no es necesario memorizar a menos que sea ingeniero. Lo que es importante recordar es que hacer coincidir la impedancia de los altavoces y el amplificador es crucial para un rendimiento óptimo. Una impedancia no coincidente puede provocar una menor calidad del sonido, sobrecalentamiento e incluso daños al equipo.

Por lo tanto, asegúrese siempre de que sus altavoces sean compatibles con su amplificador para evitar problemas y disfrutar de un sonido de alta calidad sin arriesgar su equipo.

Potencia del altavoz frente a sensibilidad del altavoz

“Cuanto más grande, mejor”, ¿verdad?

No siempre. Mucha gente piensa que una mayor potencia en los altavoces significa automáticamente un sonido más fuerte. Pero en realidad, ¿podrás siquiera utilizar plenamente todo ese poder?

Una mejor manera de comparar hablantes es observando su sensibilidad. La sensibilidad, medida en decibelios (dB), indica la eficiencia con la que un altavoz convierte la energía eléctrica en sonido. Cuanto mayor sea el índice de sensibilidad, más sonido podrá producir el altavoz con una determinada cantidad de potencia. En otras palabras, convierte mejor la electricidad en ondas sonoras.

Los índices de sensibilidad nivelan el campo de juego al comparar el rendimiento y la potencia de los altavoces. Sin embargo, si está utilizando un amplificador externo, aún debe considerar cuánta potencia pueden soportar los parlantes. El manejo de energía indica cuánta energía eléctrica puede tomar un altavoz sin dañarse, por lo que es importante hacer coincidir la salida de su amplificador con la potencia nominal del altavoz.

La elección entre sensibilidad alta o baja depende de las necesidades de su sistema. Si la eficiencia energética es importante (como en los parlantes portátiles o los sistemas de audio para automóviles), querrás parlantes con mayor sensibilidad. Por otro lado, en una configuración de audio profesional, es posible que necesites altavoces con mayor capacidad de potencia.

Respuesta de frecuencia

Cuando hablamos de la respuesta de frecuencia de un altavoz, nos referimos a su capacidad para reproducir sonido en diferentes rangos de frecuencia. Dado que ningún altavoz es perfecto, un gráfico de respuesta de frecuencia ayuda a revelar las frecuencias en las que el altavoz puede enfatizar demasiado o tener un rendimiento inferior.

La respuesta de frecuencia es importante por varias razones. Primero, es fundamental al diseñar sistemas de múltiples controladores y configurar cruces, que dividen las frecuencias entre diferentes controladores. En segundo lugar, le ayuda a elegir los altavoces adecuados para sus necesidades de audio específicas, ya sea para trabajar en un estudio profesional o escuchar música en casa.

Muchos altavoces de consumo están sintonizados intencionalmente con una ligera curva de "sonrisa" en su respuesta de frecuencia para mejorar la experiencia de sonido. Sin embargo, si trabajas en producción musical, necesitas altavoces con una respuesta de frecuencia plana. Esto garantiza que ningún instrumento o muestra quede enmascarado por caídas en el rango de frecuencia o amplificado artificialmente por picos.

Básicamente, los parlantes con una respuesta de frecuencia plana brindan un sonido limpio y preciso, que refleja fielmente la fuente de audio original, lo cual es crucial para una mezcla y masterización precisas.

¿Qué pasa con los auriculares?

Los auriculares utilizan la misma tecnología que los controladores de altavoces pero en menor escala. Básicamente, son pequeños parlantes que se colocan sobre o dentro de los oídos y brindan un sonido personalizado.

¿Cómo funcionan los altavoces estéreo?

Un solo altavoz normalmente reproduce sonido en mono. Para lograr un escenario sonoro estéreo completo, necesita dos parlantes, cada uno de los cuales transmite las señales de audio izquierda y derecha y está ubicado para crear un ambiente de sonido espacioso.

Pero ¿qué pasa con las barras de sonido? ¿Cómo crean un efecto estéreo?

Las barras de sonido diseñadas para salida estéreo tienen varios controladores dispuestos en todo el gabinete. La señal estéreo se divide en canales izquierdo y derecho, y cada controlador recibe su porción para crear una imagen estéreo más amplia. Estos sistemas suelen venir con un subwoofer adicional para graves profundos, perfecto para reproducir frecuencias bajas o la voz grave de Batman.

¿Quién inventó el altavoz?

Como muchos otros inventos de principios del siglo XX, es difícil atribuirle el mérito de haber inventado el altavoz a una sola persona. La tecnología evolucionó con el tiempo a medida que los científicos e ingenieros obtuvieron una mejor comprensión de las ondas sonoras y las corrientes eléctricas.

Alexander Graham Bell, el famoso inventor del teléfono, hizo importantes contribuciones a la tecnología del audio y desarrolló una de las primeras versiones de un altavoz a finales del siglo XIX. Poco después, Oliver Lodge creó el primer altavoz de bobina móvil. En 1915, los ingenieros daneses Peter L. Jensen y Edwin Pridham patentaron el altavoz electrodinámico, en el que una bobina de alambre unida a un diafragma se colocaba en un campo magnético.

Al otro lado del Atlántico, en 1925, Edward W. Kellogg y Chester W. Rice desarrollaron el altavoz dinámico con diafragma, que luego obtuvo la licencia de RCA. Su diseño incluyó muchos elementos que forman la base de la tecnología de altavoces moderna.

Por lo tanto, podemos decir con seguridad que muchas personas contribuyeron al desarrollo de la tecnología que hoy permite disfrutar de música y películas con sonido de alta calidad. Como ocurre con muchos grandes inventos, ¡realmente hizo falta un pueblo para darle vida al altavoz moderno!

El futuro de los sistemas acústicos

La tecnología es cada vez más pequeña y más barata; eso es un hecho. Pero cuando se trata de altavoces, la tecnología central prácticamente no ha cambiado desde su invención.

En realidad, los altavoces son una de las tecnologías más ineficientes que utilizamos hoy en día. Más del 99% de la energía que entra en un altavoz no se convierte en sonido. La mayor parte se desperdicia en forma de calor. Es sorprendente que la Agencia de Protección Ambiental (EPA) aún no haya prohibido los parlantes por su baja eficiencia energética.

Sin embargo, el futuro de los altavoces podría cambiar gracias a un nuevo material descubierto en 2004: el grafeno. Este material es increíblemente liviano, lo que significa que requiere mucha menos energía para moverse hacia adelante y hacia atrás para crear ondas sonoras. Esta es una gran noticia, especialmente para los tweeters, que necesitan materiales tan livianos para funcionar eficientemente en altas frecuencias.

Si los científicos pueden aumentar con éxito la producción de grafeno e integrarlo en productos comerciales, los altavoces del futuro podrían ser más ligeros y mucho más eficientes energéticamente.

Hasta entonces, tendremos que conformarnos con lo que tenemos ahora: mini calentadores que convierten señales eléctricas en cambios de presión del aire, también conocidos como parlantes.