Comprender la frecuencia de respuesta en altavoces

Respuesta de frecuencia describe cómo un altavoz reproduce el sonido a través del espectro audible, normalmente medido de 20 Hz a 20 kHz. Una respuesta de frecuencia ideal es plana, lo que significa que el altavoz produce todas las frecuencias a nivel relativo. En la práctica, los altavoces del mundo real exhiben variaciones debido a las características del conductor, el diseño cruzado y el entorno acústico.

La Física de los Daños en Sistemas de Altavoz

El daño se refiere a la disipación de energía dentro de un sistema de altavoces para controlar el movimiento no deseado. Cuando un conductor denominado#8217; s cone se mueve en respuesta a una señal eléctrica, no se detiene instantáneamente cuando la señal termina. El cono sigue oscilando en su frecuencia de resonancia natural, produciendo una cola de decayendo que colore el sonido.

Daño mecánico

El amortiguamiento mecánico surge de las propiedades físicas del conductor mismo. Los componentes de la circunda y el arañador que centran la voz coilular#8212; aportan resistencia inherente al movimiento. Materiales con pérdidas internas superiores, como el caucho rodea contra la espuma, introducen un mayor amortiguamiento mecánico. Esto contribuye al factor de unión del conductor#8217;s total Q, un parámetro sin dimensiones que describe cómo se comporta menos.

Daños acústicos

El amortiguamiento acústico ocurre cuando las ondas sonoras interactúan con materiales dentro del recinto. Materiales fibrosos como fibra de vidrio, bateo de poliéster y espuma de célula abierta convierten la energía acústica en calor a través de fricción y pérdidas viscosas. Esto es especialmente importante para absorber la energía de onda trasera que de otra manera reflejaría a través del cono y causar filtrado de peines.

Tipos de materiales dañados y sus aplicaciones

  • espuma de poliuretano de células abiertas >#8211; Fácil de cortar y forma, eficaz para la absorción de frecuencia media a alta. Comúnmente utilizado en pequeños altavoces de estantería y monitores de campo cercano.
  • Bateo de fibra de vidrio > #8211; Ofrece una excelente absorción de banda ancha con alta resistencia térmica. Se utiliza en altavoces de planta grande y monitores de estudio profesionales. Requiere cuidadoso manejo debido a fibras aéreas.
  • Compuestos de amortiguación acústica > #8211; Materiales viscoselas aplicados como láminas o pulverizadores para paredes de encierro. Convertir vibraciones de paneles en calor, reduciendo la coloración del armario. Ejemplos incluyen los productos de amortiguación de capas limitadas (CLD).
  • Espuma de melamina > #8211; Ligero y resistente al fuego con una absorción superior a 500 Hz. A menudo utilizado en los diseños de audio y de alta gama.
  • Fibras de lana o naturales > #8211; Proporcionar una buena absorción con un perfil más ecológico. Utilizado en marcas de altavoces boutique que enfatizan materiales sostenibles.

Respuesta defectuosa y transitoria

Respuesta transitoria es la capacidad de un altavoz para comenzar y parar rápidamente cuando reproduce sonidos agudos como golpes de tambor o cadenas desplegadas. El amortiguamiento alto reduce la onda y el anillo, produciendo un transiente más limpio. Esto es especialmente audible en el bajo superior y el rango inferior, donde la resonancia del conductor a menudo cae. Un altavoz bien-damped produce un &tight boom

Principios de diseño de recinto

El recinto ofrece múltiples funciones: mantiene los controladores en alineación precisa, evita el cortocircuito acústico entre la parte delantera y la parte trasera del cono, e influye en la respuesta de frecuencia global a través de su volumen, forma y configuración de porte. Cada tipo de recinto presenta compensaciones entre eficiencia, extensión bajo, precisión transitoria y tamaño físico.

Cierre de suspensión acústica

Los recintos sellados son completamente herméticos. El aire atrapado dentro actúa como una fuente que proporciona fuerza de restauración al cono, complementando la suspensión mecánica. Este diseño generalmente produce un sistema Q inferior (alrededor de 0,5 a 0,7), resultando en bajos bien controlados con un rebote gradual por debajo del recinto ganancia de unión#8217; s frecuencia de resonancia.

Cierre portado (Bass-Reflex)

El resultado de la colocación de la señal de baja frecuencia es de 24 pulgadas, que permite que el aire interno salga y entre en el armario. El puerto se ajusta a una frecuencia específica, normalmente cerca del conductor#8217;s resonancia al aire libre. En la frecuencia de ajuste, el puerto irradia sonido que está en fase con el frente sellado del cono, potenciando la salida de 6 a 10 dB en comparación con una caja sellada.

Cierre de la línea de transmisión

Los diseños de línea de transmisión utilizan una larga y plegada ruta llena de material de amortiguación para absorber la energía de onda trasera del conductor. La línea se ajusta a una longitud de onda trimestral en el conductor.Con frecuencia más baja. El material de amortiguación atenua gradualmente la onda trasera, mientras que la línea en sí refuerza la salida de bajo cerca de la frecuencia de sintonización.

Bandpass Enclosures

Los recintos de Bandpass contienen el conductor dentro de dos cámaras: una cámara trasera sellada y una cámara frontal portada. El conductor no es directamente visible; salidas de sonido sólo a través del puerto. Esta configuración crea un filtro de bandpass que limita el rango de frecuencia a una banda de paso específica, ofreciendo alta eficiencia dentro de esa banda. Los diseños de Bandpass son comunes en subwoofers donde el ancho de banda estrecho es aceptable en cambio para la salida alta.

Cuerno de Cáceres

La carga de cuernos utiliza un pasaje ardiendo para igualar el conductor#8217; su alta impedancia acústica a la baja impedancia del aire de la habitación. Cuernos aumenta dramáticamente la eficiencia del cuerpo#8212; a menudo 10 a 20 dB más que los diseños de radiación directa del cuerpo #8212; pero requieren grandes volúmenes para reproducir bajas frecuencias.

Interacción entre la geometría de los daños y la enclosure

La relación entre el material de amortiguación y la forma de enclosure no es sencilla. El amortiguamiento afecta el volumen interno que el conductor > 8220;sees, limit#8221; el cambio del enclosureular#8217;s ajuste efectivo. En cajas portadas, el amortiguamiento pesado puede bajar el Qt efectivo y reducir la salida de bajo si el puerto no se ajusta en consecuencia.

Olas de pie y reflexiones internas

Los recintos crean ondas de pie a frecuencias donde las dimensiones internas son iguales a los múltiplos de longitud media. Estas ondas de pie causan picos y saltos en la respuesta de frecuencia, típicamente en el rango medio. El material de amortiguación rompe ondas de pie absorbiendo energía a velocidad máxima dentro del armario. Para la máxima eficacia, el amortiguamiento debe ser colocado donde la velocidad de partículas es más alta #8212; generalmente lejos de las paredes de diseño de la línea

Colocación y coeficientes de densidad dañados

La distribución uniforme de material de amortiguación no siempre es óptima. Los ingenieros suelen crear gradientes de densidad, colocando humedad pesada cerca del conductor y amortiguación más ligera. Este enfoque absorbe la radiación de onda trasera más energética inmediatamente detrás del cono, permitiendo que las frecuencias inferiores se propagan más profundamente en el armario donde se produce más absorción. Para líneas de transmisión, el tapiz de la ruta y el gradiente de densidad de relleno se combinan para crear un prototipo de diseño suave

Panel Damping and Cabinet Construction

Las paredes de encierro vibran y irradian sonido, agregando coloración conocida como > 8220;cabinet talk. Pulsera#8221; Panel damping implica añadir masa y pérdida interna a las paredes. Los métodos comunes incluyen el bracing, utilizando MDF más grueso o madera contrachapada, aplicando láminas de amortiguación limitadas, y utilizando compuestos de sándwich como plywood con núcleos viscoelastic.

Consideraciones prácticas para los diseñadores de oradores

Medición y optimización de la respuesta de frecuencia

El diseño moderno de altavoz se basa en herramientas de medición como curvas de impedancia, cerca de campo y de frecuencias de campo, y gráficos espectral acumulados (caída de agua) de la curva de impedancia revela el sistema de medición de rendimiento#8217; el factor de resonancia y Q, indicando si el amortiguamiento es adecuado.

Los diseñadores utilizan a menudo los parámetros Thiele-Small del controlador para modelar el comportamiento del recinto matemáticamente. Estos parámetros incluyen el controlador número#8217; frecuencia de resonancia (Fs), Q total (Qts), y volumen de cumplimiento equivalente (Vas). Herramientas de software predicen cómo los cambios en el volumen del recinto, la afinación del puerto y el amortiguamiento afectan la respuesta de frecuencia final.

Selección y Construcción de Materiales

La elección del material de amortiguación adecuado implica equilibrar el rendimiento acústico, el coste, el peso y los factores ambientales. La fibra de vidrio ofrece una excelente absorción pero requiere guantes protectores y máscaras durante el manejo. La espuma es más fácil de trabajar con pero puede degradarse durante décadas, especialmente en ambientes húmedos. La mezcla de poliéster es un compromiso común, ofreciendo buen rendimiento sin peligro respiratorio.

Interacción de la habitación y Tuning final

No hay diseño de altavoz completo sin considerar la sala de escuchas. Los límites de la habitación crean reflexiones y ondas permanentes que alteran la respuesta de frecuencia percibida. Un altavoz que mide plana en una cámara anecólica puede sonar bajo-heavy en una pequeña habitación debido a la ganancia de límites. Los diseñadores a veces expresan sus altavoces con una ligera inclinación hacia abajo desde el bajo hasta el treble para compensar el comportamiento de la onda.

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Conclusión

El diseño de obstrucción y encierro no son disciplinas separadas, sino aspectos interdependientes de un único sistema acústico. El material de amortiguación controla las reflexiones internas, cambia el ajuste efectivo y forma el comportamiento transitorio, mientras que el recinto determina la alineación del bajo, eficiencia y directividad. Entendiendo cómo estos elementos interactúan permite a los diseñadores crear altavoces que ofrezcan un sonido preciso y natural a través de una amplia gama de ambientes de escucha.