Altoparlante

Sistema de altavoces Hi-fi para uso doméstico con tres tipos de controladores dinámicos

1. Conductor de rango medio (squawker)
2. Tweeter
3. Woofers

El agujero debajo del woofer más bajo es un puerto para un sistema de reflejos bajo.

Un altavoz (comúnmente conocido como altavoz o controlador de altavoz) es un transductor electroacústico que convierte una señal de audio eléctrica en una correspondiente sonido. Un sistema de altavoces, también conocido como "altavoz" o "altavoz", comprende uno o más de dichos controladores de altavoz, una caja y conexiones eléctricas que posiblemente incluyan una red cruzada. El controlador del altavoz se puede ver como un motor lineal unido a un diafragma que acopla el movimiento de ese motor al movimiento del aire, es decir, el sonido. Una señal de audio, típicamente de un micrófono, una grabación o una transmisión de radio, se amplifica electrónicamente a un nivel de potencia capaz de impulsar ese motor para reproducir el sonido correspondiente a la señal electrónica original sin amplificar. Esta es pues la función opuesta al micrófono; de hecho, el controlador de altavoz dinámico, con mucho el tipo más común, es un motor lineal con la misma configuración básica que el micrófono dinámico que utiliza dicho motor a la inversa, como generador.

El parlante dinámico fue inventado en 1925 por Edward W. Kellogg y Chester W. Rice, con la patente de EE. UU. 1,707,570. 2 de abril de 1929. Cuando la corriente eléctrica de una señal de audio pasa a través de su bobina de voz, una bobina de alambre capaz de moverse axialmente en un espacio cilíndrico que contiene un campo magnético concentrado producido por un imán permanente, la bobina se ve obligada a retroceder rápidamente. y adelante debido a la ley de inducción de Faraday; esto se adhiere a un diafragma o cono de altavoz (ya que generalmente tiene forma cónica para mayor robustez) en contacto con el aire, creando así ondas de sonido. Además de los parlantes dinámicos, son posibles varias otras tecnologías para crear sonido a partir de una señal eléctrica, algunas de las cuales están en uso comercial.

Para que un parlante produzca sonido de manera eficiente, especialmente en las frecuencias más bajas, el controlador del parlante debe estar deflectorado para que el sonido que emana de su parte trasera no cancele el sonido (previsto) del frente; esto generalmente toma la forma de una caja de altavoz o gabinete de altavoz, una caja a menudo rectangular hecha de madera, pero a veces de metal o plástico. El diseño del recinto juega un papel acústico importante, determinando así la calidad del sonido resultante. La mayoría de los sistemas de altavoces de alta fidelidad (imagen de la derecha) incluyen dos o más tipos de controladores de altavoces, cada uno especializado en una parte del rango de frecuencia audible. Los controladores más pequeños capaces de reproducir las frecuencias de audio más altas se denominan tweeters, los de frecuencias medias se denominan controladores de rango medio y los de frecuencias bajas se denominan woofers. A veces, la reproducción de las frecuencias más bajas (20-~50 Hz) se ve aumentada por un llamado subwoofer, a menudo en su propio recinto (grande). En un sistema de parlantes de dos o tres vías (uno con controladores que cubren dos o tres rangos de frecuencia diferentes) hay una pequeña cantidad de componentes electrónicos pasivos llamados redes cruzadas que ayudan a dirigir los componentes de la señal electrónica a los controladores de los parlantes que son más capaces de reproducir esas frecuencias. En el denominado sistema de altavoces autoamplificados, el amplificador de potencia que realmente alimenta los controladores de los altavoces está integrado en la propia caja; estos se han vuelto cada vez más comunes, especialmente como altavoces de computadora.

Los altavoces más pequeños se encuentran en dispositivos como radios, televisores, reproductores de audio portátiles, computadoras personales (altavoces de computadora), auriculares y audífonos. Los sistemas de altavoces más grandes y más fuertes se utilizan para sistemas de alta fidelidad domésticos (estéreo), instrumentos musicales electrónicos, refuerzo de sonido en teatros y salas de conciertos, y en sistemas de megafonía.

Terminología

El término altavoz puede referirse a transductores individuales (también conocidos como controladores) o a sistemas de altavoces completos que constan de una caja y uno o más controladores.

Para reproducir de forma adecuada y precisa una amplia gama de frecuencias con una cobertura uniforme, la mayoría de los sistemas de altavoces emplean más de un controlador, especialmente para niveles de presión de sonido más altos o máxima precisión. Los controladores individuales se utilizan para reproducir diferentes rangos de frecuencia. Los controladores se denominan subwoofers (para frecuencias muy bajas); woofers (bajas frecuencias); altavoces de rango medio (frecuencias medias); tweeters (frecuencias altas); ya veces supertweeters, para las frecuencias audibles más altas y más allá. Los términos para los diferentes controladores de altavoces difieren según la aplicación. En los sistemas de dos vías no hay un controlador de rango medio, por lo que la tarea de reproducir los sonidos de rango medio se divide entre el woofer y el tweeter. Los estéreos domésticos usan la designación tweeter para el controlador de alta frecuencia, mientras que los sistemas de conciertos profesionales pueden designarlos como "HF" o "altos". Cuando se utilizan varios controladores en un sistema, una red de filtro, llamada cruce de audio, separa la señal entrante en diferentes rangos de frecuencia y los enruta al controlador adecuado. Un sistema de altavoces con n bandas de frecuencia separadas se describe como "naltavoces de vías": un sistema de dos vías tendrá un woofer y un tweeter; un sistema de tres vías emplea un woofer, un rango medio y un tweeter. Los controladores de altavoz del tipo que se muestra en la imagen se denominan dinámicos (abreviatura de electrodinámica) para distinguirlos de otros tipos, incluidos los altavoces de hierro móvil y los altavoces que utilizan sistemas piezoeléctricos o electrostáticos.

Historia

Johann Philipp Reis instaló un altavoz eléctrico en su teléfono en 1861; era capaz de reproducir tonos claros, pero las revisiones posteriores también podían reproducir un habla amortiguada. Alexander Graham Bell patentó su primer altavoz eléctrico (un tipo de hierro móvil capaz de reproducir un habla inteligible) como parte de su teléfono en 1876, al que siguió en 1877 una versión mejorada de Ernst Siemens. Durante este tiempo, Thomas Edison obtuvo una patente británica para un sistema que usaba aire comprimido como mecanismo de amplificación para sus primeros fonógrafos de cilindro, pero finalmente se conformó con la conocida bocina de metal impulsada por una membrana adherida al lápiz óptico. En 1898, Horace Short patentó un diseño de altavoz accionado por aire comprimido; luego vendió los derechos a Charles Parsons, a quien se le otorgaron varias patentes británicas adicionales antes de 1910. Algunas empresas, incluidas Victor Talking Machine Company y Pathé, produjeron tocadiscos con altavoces de aire comprimido. Los diseños de aire comprimido están significativamente limitados por su mala calidad de sonido y su incapacidad para reproducir sonido a bajo volumen. Se utilizaron variantes del diseño para aplicaciones de megafonía y, más recientemente, se han utilizado otras variaciones para probar la resistencia de los equipos espaciales a los niveles de vibración y sonido muy altos que produce el lanzamiento de cohetes.

Bobina móvil

El primer altavoz experimental de bobina móvil (también llamado dinámico) fue inventado por Oliver Lodge en 1898. Los primeros altavoces prácticos de bobina móvil fueron fabricados por el ingeniero danés Peter L. Jensen y Edwin Pridham en 1915, en Napa, California. Al igual que los altavoces anteriores, estos utilizaban bocinas para amplificar el sonido producido por un pequeño diafragma. A Jensen se le negaron las patentes. Al no tener éxito en la venta de su producto a las compañías telefónicas, en 1915 cambiaron su mercado objetivo a radios y sistemas de megafonía, y llamaron a su producto Magnavox. Jensen fue, durante años después de la invención del altavoz, copropietario de The Magnavox Company.

Kellogg y Rice en 1925 sosteniendo al gran conductor del primer altavoz de caracol en movimiento

Prototipo de altavoz de cono en movimiento por Kellogg y Rice en 1925, con electromagnet tirado hacia atrás, mostrando la bobina de voz pegada al cono

La primera versión comercial del altavoz, vendida con el receptor RCA Radiola, tenía sólo un cono de 6 pulgadas. En 1926 vendió por $250, equivalente a alrededor de $3000 hoy.

El principio de bobina móvil que se usa comúnmente hoy en día en los parlantes fue patentado en 1925 por Edward W. Kellogg y Chester W. Rice, emitido como patente de EE. UU. 1,707,570. 2 de abril de 1929. La diferencia clave entre los intentos anteriores y la patente de Rice y Kellogg es el ajuste de los parámetros mecánicos para proporcionar una respuesta de frecuencia razonablemente plana.

Estos primeros altavoces usaban electroimanes, porque los imanes permanentes grandes y potentes generalmente no estaban disponibles a un precio razonable. La bobina de un electroimán, llamada bobina de campo, fue energizada por una corriente a través de un segundo par de conexiones al conductor. Este devanado generalmente cumplía una doble función, actuando también como una bobina de choque, filtrando la fuente de alimentación del amplificador al que estaba conectado el altavoz. La ondulación de CA en la corriente fue atenuada por la acción de pasar a través de la bobina de choque. Sin embargo, las frecuencias de la línea de CA tendían a modular la señal de audio que iba a la bobina de voz y se sumaban al zumbido audible. En 1930, Jensen presentó el primer altavoz comercial de imán fijo; sin embargo, los grandes y pesados imanes de hierro de la época no eran prácticos y los altavoces de bobina de campo siguieron predominando hasta la disponibilidad generalizada de imanes de alnico ligeros después de la Segunda Guerra Mundial.

Primeros sistemas de altavoces

En la década de 1930, los fabricantes de altavoces comenzaron a combinar dos y tres controladores o conjuntos de controladores, cada uno optimizado para un rango de frecuencia diferente, a fin de mejorar la respuesta de frecuencia y aumentar el nivel de presión del sonido. En 1937, Metro-Goldwyn-Mayer presentó el primer sistema de altavoces estándar de la industria cinematográfica, el 'Sistema de bocina Shearer para teatros', un sistema de dos vías. Usó cuatro controladores de baja frecuencia de 15 ″, una red de cruce configurada para 375 Hz y una sola bocina multicelular con dos controladores de compresión que proporcionan las altas frecuencias. John Kenneth Hilliard, James Bullough Lansing y Douglas Shearer jugaron un papel en la creación del sistema. En la Feria Mundial de Nueva York de 1939, se montó un gran sistema de megafonía bidireccional en una torre en Flushing Meadows. Los ocho controladores de baja frecuencia de 27″ fueron diseñados por Rudy Bozak en su papel como ingeniero jefe de Cinaudagraph. Los controladores de alta frecuencia probablemente fueron fabricados por Western Electric.

Altec Lansing presentó el 604, que se convirtió en su controlador dúplex coaxial más famoso, en 1943. Incorporaba una bocina de alta frecuencia que enviaba el sonido a través de un orificio en la pieza polar de un altavoz de 15 pulgadas. woofer para un rendimiento de fuente cercana. 'La voz del teatro' de Altec El sistema de altavoces se vendió por primera vez en 1945 y ofrecía una mayor coherencia y claridad en los altos niveles de salida necesarios en las salas de cine. La Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas comenzó inmediatamente a probar sus características sonoras; lo convirtieron en el estándar de la industria cinematográfica en 1955.

En 1954, Edgar Villchur desarrolló el principio de suspensión acústica del diseño de altavoces. Esto permitió una mejor respuesta de graves que la que se obtenía anteriormente con controladores montados en gabinetes más grandes. Él y su socio Henry Kloss formaron la empresa Acoustic Research para fabricar y comercializar sistemas de altavoces utilizando este principio. Posteriormente, los desarrollos continuos en el diseño y los materiales de la carcasa condujeron a importantes mejoras audibles.

Las mejoras más notables hasta la fecha en los controladores dinámicos modernos y los altavoces que los emplean son mejoras en los materiales de los conos, la introducción de adhesivos de mayor temperatura, materiales de imanes permanentes mejorados, técnicas de medición mejoradas, diseño asistido por computadora y análisis de elementos finitos. A bajas frecuencias, la teoría de la red eléctrica de parámetros de Thiele/Small se ha utilizado para optimizar la sinergia entre el altavoz de graves y la caja desde principios de la década de 1970.

Diseño del controlador: altavoces dinámicos

Vista cortada de un altavoz dinámico para el registro bajo.

1. Magnet
2. Boil de voz
3. Suspensión
4. Diafragma

Vista cortada de un altavoz dinámico de rango medio.

1. Magnet
2. Más fresco (a veces presente)
3. Boil de voz
4. Suspensión
5. Diafragma

Vista cortada de un tweeter dinámico con lente acústica y una membrana en forma de cúpula.

1. Magnet
2. Boil de voz
3. Diafragma
4. Suspensión

El tipo de controlador más común, comúnmente llamado altavoz dinámico, utiliza un diafragma liviano, o cono, conectado a una canasta rígida., o marco, a través de una suspensión flexible, comúnmente llamada araña, que obliga a una bobina móvil a moverse axialmente a través de un espacio magnético cilíndrico. Una tapa protectora contra el polvo pegada en el centro del cono evita que el polvo, sobre todo los desechos ferromagnéticos, entren en el espacio.

Cuando se aplica una señal eléctrica a la bobina móvil, la corriente eléctrica en la bobina móvil crea un campo magnético, lo que lo convierte en un electroimán variable. La bobina y el sistema magnético del conductor interactúan de manera similar a un solenoide, generando una fuerza mecánica que mueve la bobina (y, por lo tanto, el cono adjunto). La aplicación de corriente alterna mueve el cono hacia adelante y hacia atrás, acelerando y reproduciendo el sonido bajo el control de la señal eléctrica aplicada proveniente del amplificador.

La siguiente es una descripción de los componentes individuales de este tipo de altavoz.

Diafragma

El diafragma generalmente se fabrica con un perfil en forma de cono o cúpula. Se puede utilizar una variedad de materiales diferentes, pero los más comunes son papel, plástico y metal. El material ideal es rígido, para evitar movimientos descontrolados del cono, tiene poca masa para minimizar los requisitos de fuerza de arranque y los problemas de almacenamiento de energía y está bien amortiguado para reducir las vibraciones que continúan después de que la señal se ha detenido con poco o ningún timbre audible debido a su frecuencia de resonancia determinada. por su uso. En la práctica, estos tres criterios no pueden cumplirse simultáneamente utilizando materiales existentes; por lo tanto, el diseño del controlador implica compensaciones. Por ejemplo, el papel es ligero y suele estar bien humedecido, pero no es rígido; el metal puede ser rígido y liviano, pero por lo general tiene poca amortiguación; el plástico puede ser ligero, pero por lo general, cuanto más rígido está hecho, peor es la amortiguación. Como resultado, muchos conos están hechos de algún tipo de material compuesto. Por ejemplo, un cono podría estar hecho de papel de celulosa, al que se le han agregado algunas fibras de fibra de carbono, Kevlar, vidrio, cáñamo o bambú; o podría usar una construcción de sándwich de panal; o se le podría aplicar un revestimiento para proporcionar rigidez o amortiguación adicionales.

Cesta

El chasis, el marco o la canasta están diseñados para ser rígidos, lo que evita la deformación que podría cambiar las alineaciones críticas con el espacio del imán, tal vez permitiendo que la bobina de voz roce contra el imán alrededor del espacio. Los chasis suelen estar fundidos en aleación de aluminio, en altavoces de estructura magnética más pesados; o estampado de chapa de acero delgada en controladores de estructura más ligera. Otros materiales, como el plástico moldeado y las cestas compuestas de plástico amortiguado, se están volviendo comunes, especialmente para conductores económicos y de baja masa. Un chasis metálico puede desempeñar un papel importante en la conducción del calor lejos de la bobina móvil; el calentamiento durante el funcionamiento cambia la resistencia, provoca cambios dimensionales físicos y, si es extremo, asa el barniz de la bobina móvil; incluso puede desmagnetizar imanes permanentes.

Suspensión

El sistema de suspensión mantiene la bobina centrada en el espacio y proporciona una fuerza de restauración (centrado) que devuelve el cono a una posición neutral después de moverse. Un sistema de suspensión típico consta de dos partes: la araña, que conecta el diafragma o la bobina de voz al marco inferior y proporciona la mayor parte de la fuerza de restauración, y el envolvente, lo que ayuda a centrar el conjunto de bobina/cono y permite el movimiento libre del pistón alineado con el espacio magnético. La araña suele estar hecha de un disco de tela corrugada, impregnada con una resina endurecedora. El nombre proviene de la forma de las primeras suspensiones, que eran dos anillos concéntricos de material de baquelita, unidos por seis u ocho patas curvas. Las variaciones de esta topología incluyeron la adición de un disco de fieltro para proporcionar una barrera a las partículas que, de lo contrario, podrían causar el roce de la bobina móvil.

El contorno del cono puede ser de goma o espuma de poliéster, papel tratado o un anillo de tela corrugada recubierta de resina; está unido tanto a la circunferencia del cono exterior como al marco superior. Estos diversos materiales envolventes, su forma y tratamiento pueden afectar drásticamente la salida acústica de un controlador; cada implementación tiene ventajas y desventajas. La espuma de poliéster, por ejemplo, es liviana y económica, aunque generalmente pierde aire hasta cierto punto y se degrada con el tiempo, la exposición al ozono, la luz ultravioleta, la humedad y las temperaturas elevadas, lo que limita la vida útil antes de fallar.

Bobina de voz

El cable de una bobina de voz suele estar hecho de cobre, aunque se puede usar aluminio y, en raras ocasiones, plata. La ventaja del aluminio es su peso ligero, lo que reduce la masa en movimiento en comparación con el cobre. Esto eleva la frecuencia de resonancia del altavoz y aumenta su eficiencia. Una desventaja del aluminio es que no se suelda fácilmente, por lo que las conexiones se deben engarzar y sellar de manera sólida. Las secciones transversales del cable de la bobina de voz pueden ser circulares, rectangulares o hexagonales, lo que proporciona cantidades variables de cobertura de volumen de cable en el espacio del espacio magnético. La bobina está orientada coaxialmente dentro del espacio; se mueve de un lado a otro dentro de un pequeño volumen circular (un agujero, ranura o surco) en la estructura magnética. El espacio establece un campo magnético concentrado entre los dos polos de un imán permanente; el anillo exterior del espacio es un poste, y el poste central (llamado pieza polar) es el otro. La pieza polar y la placa posterior a menudo se fabrican como una sola pieza, llamada placa polar o yugo.

Imán

El tamaño y el tipo de imán y los detalles del circuito magnético difieren según los objetivos del diseño. Por ejemplo, la forma de la pieza polar afecta la interacción magnética entre la bobina móvil y el campo magnético y, a veces, se usa para modificar el comportamiento del conductor. Se puede incluir un anillo de cortocircuito, o bucle de Faraday, como una fina tapa de cobre colocada sobre la punta del polo o como un anillo pesado situado dentro de la cavidad del polo magnético. Los beneficios de esta complicación son la reducción de la impedancia en las frecuencias altas, lo que proporciona una salida de agudos extendida, una distorsión armónica reducida y una reducción en la modulación de la inductancia que normalmente acompaña a las grandes excursiones de la bobina móvil. Por otro lado, la tapa de cobre requiere un espacio de bobina de voz más amplio, con mayor reluctancia magnética; esto reduce el flujo disponible, lo que requiere un imán más grande para un rendimiento equivalente.

Los electroimanes se usaban a menudo en gabinetes de amplificadores de instrumentos musicales hasta bien entrada la década de 1950; hubo ahorros económicos en aquellos que usaban amplificadores de válvulas, ya que la bobina de campo podía, y generalmente lo hacía, cumplir una doble función como estrangulador de la fuente de alimentación. Muy pocos fabricantes todavía producen altavoces electrodinámicos con bobinas de campo alimentadas eléctricamente, como era común en los primeros diseños.

Alnico, una aleación de aluminio, níquel y cobalto se hizo popular después de la Segunda Guerra Mundial, ya que prescindió de los problemas de los conductores de bobina de campo. Alnico se usó casi exclusivamente hasta alrededor de 1980, a pesar del problema de que los imanes de alnico se desmagnetizaban parcialmente por chasquidos o chasquidos accidentales causados por conexiones sueltas, especialmente si se usaban con un amplificador de alta potencia. Después de 1980, la mayoría de los fabricantes de controladores cambiaron los imanes de alnico por imanes de ferrita, que están hechos de una mezcla de arcilla cerámica y partículas finas de ferrita de bario o estroncio. Aunque la energía por kilogramo de estos imanes cerámicos es menor que la del alnico, es sustancialmente menos costoso, lo que permite a los diseñadores utilizar imanes más grandes pero más económicos para lograr un rendimiento determinado. Debido al aumento en los costos de transporte y al deseo de dispositivos más pequeños y livianos, existe una tendencia hacia el uso de imanes de tierras raras más compactos hechos de materiales como el neodimio y el samario cobalto.

Sistemas de altavoces

El diseño de sistemas de altavoces es tanto un arte, que involucra percepciones subjetivas del timbre y la calidad del sonido, como una ciencia, que involucra mediciones y experimentos. El ajuste de un diseño para mejorar el rendimiento se realiza mediante una combinación de teoría magnética, acústica, mecánica, eléctrica y de ciencia de los materiales, y se realiza un seguimiento con mediciones de alta precisión y las observaciones de oyentes experimentados. Algunos de los problemas que deben enfrentar los diseñadores de altavoces y controladores son la distorsión, los lóbulos acústicos, los efectos de fase, la respuesta fuera del eje y los artefactos de cruce. Los diseñadores pueden usar una cámara anecoica para garantizar que el altavoz se pueda medir independientemente de los efectos de la sala o cualquiera de las diversas técnicas electrónicas que, hasta cierto punto, sustituyen a dichas cámaras. Algunos desarrolladores evitan las cámaras anecoicas en favor de configuraciones de sala estandarizadas específicas destinadas a simular condiciones de escucha de la vida real.

Un sistema de altavoces de fidelidad de cuatro vías. Cada uno de los cuatro controladores produce un rango de frecuencia diferente; la quinta abertura en la parte inferior es un puerto de reflejo bajo.

Los controladores electrodinámicos individuales brindan su mejor rendimiento dentro de un rango de frecuencia limitado. Múltiples controladores (por ejemplo, subwoofers, woofers, controladores de rango medio y tweeters) generalmente se combinan en un sistema de altavoces completo para brindar un rendimiento más allá de esa restricción. Los tres sistemas de radiación de sonido más utilizados son los controladores de tipo cono, cúpula y bocina.

Controladores de gama completa

Un controlador de rango completo o amplio es un controlador de altavoz diseñado para usarse solo para reproducir un canal de audio sin la ayuda de otros controladores y, por lo tanto, debe cubrir el rango de frecuencia de audio requerido por la aplicación. Estos controladores son pequeños, normalmente de 3 a 8 pulgadas (7,6 a 20,3 cm) de diámetro para permitir una respuesta de alta frecuencia razonable, y están cuidadosamente diseñados para brindar una salida de baja distorsión a bajas frecuencias, aunque con un nivel de salida máximo reducido. Los controladores de rango completo se encuentran, por ejemplo, en sistemas de megafonía, en televisores, radios pequeñas, intercomunicadores y algunos parlantes de computadora.

En los sistemas de altavoces de alta fidelidad, el uso de controladores de rango amplio puede evitar interacciones no deseadas entre varios controladores causadas por problemas de cruce de red o ubicación de controladores no coincidentes, pero también puede limitar la respuesta de frecuencia y las capacidades de salida (sobre todo a bajas frecuencias).). Los sistemas de altavoces de alta fidelidad construidos con controladores de rango amplio pueden requerir gabinetes grandes, elaborados o costosos para lograr un rendimiento óptimo.

Los controladores de rango completo a menudo emplean un cono adicional llamado whizzer: un cono pequeño y liviano unido a la unión entre la bobina móvil y el cono principal. El cono zumbador extiende la respuesta de alta frecuencia del parlante y amplía su directividad de alta frecuencia, que de otro modo se estrecharía mucho debido a que el material del cono de diámetro exterior no logra mantenerse al día con la bobina de voz central en frecuencias más altas. El cono principal en un diseño whizzer está fabricado para flexionarse más en el diámetro exterior que en el centro. El resultado es que el cono principal entrega frecuencias bajas y el cono zumbador aporta la mayor parte de las frecuencias más altas. Dado que el cono zumbador es más pequeño que el diafragma principal, la dispersión de salida a altas frecuencias mejora en relación con un solo diafragma más grande equivalente.

Los controladores de rango limitado, que también se usan solos, se encuentran normalmente en computadoras, juguetes y radios reloj. Estos controladores son menos elaborados y menos costosos que los controladores de rango amplio, y pueden verse gravemente comprometidos para encajar en ubicaciones de montaje muy pequeñas. En estas aplicaciones, la calidad del sonido es de baja prioridad.

Subwoofer

Un subwoofer es un controlador de woofer que se usa solo para la parte más baja del espectro de audio: normalmente por debajo de 200 Hz para sistemas de consumo, por debajo de 100 Hz para sonido profesional en vivo y por debajo de 80 Hz en sistemas aprobados por THX. Debido a que el rango de frecuencias previsto es limitado, el diseño del sistema de subwoofer suele ser más simple en muchos aspectos que los altavoces convencionales, que a menudo consisten en un solo controlador encerrado en una caja adecuada. Dado que el sonido en este rango de frecuencia puede doblarse fácilmente en las esquinas por difracción, la apertura del altavoz no tiene que mirar hacia la audiencia y los subwoofers se pueden montar en la parte inferior de la caja, mirando hacia el suelo. Esto se ve aliviado por las limitaciones de la audición humana a bajas frecuencias; Dichos sonidos no se pueden ubicar en el espacio, debido a sus grandes longitudes de onda en comparación con las frecuencias más altas que producen efectos diferenciales en los oídos debido a la sombra de la cabeza y la difracción a su alrededor, en los cuales confiamos para obtener pistas de localización.

Para reproducir con precisión las notas graves muy bajas, los sistemas de subwoofer deben estar construidos de manera sólida y estar debidamente reforzados para evitar sonidos no deseados de las vibraciones del gabinete. Como resultado, los buenos subwoofers suelen ser bastante pesados. Muchos sistemas de subwoofer incluyen amplificadores de potencia integrados y filtros subsónicos electrónicos, con controles adicionales relevantes para la reproducción de baja frecuencia (por ejemplo, una perilla de cruce y un interruptor de fase). Estas variantes se conocen como subwoofers activos o alimentados. Por el contrario, los subwoofers pasivos requieren amplificación externa.

En instalaciones típicas, los subwoofers están físicamente separados del resto de los gabinetes de altavoces. Debido al retraso de la propagación y al posicionamiento, su salida puede estar desfasada con respecto al resto del sonido. En consecuencia, el amplificador de potencia de un altavoz de subgraves suele tener un ajuste de retardo de fase que se puede utilizar para mejorar el rendimiento del sistema en su conjunto. Los subwoofers se utilizan ampliamente en sistemas de refuerzo de sonido de grandes conciertos y lugares de tamaño mediano. Los gabinetes de subwoofer a menudo se construyen con un puerto bass reflex, una característica de diseño que, si se diseña adecuadamente, mejora el rendimiento de los graves y aumenta la eficiencia.

Altavoz de graves

Un woofer es un controlador que reproduce frecuencias bajas. El controlador trabaja con las características de la caja del altavoz para producir bajas frecuencias adecuadas. Algunos sistemas de altavoces usan un woofer para las frecuencias más bajas, a veces lo suficientemente bien como para que no se necesite un subwoofer. Además, algunos altavoces usan el woofer para manejar frecuencias medias, eliminando el controlador de rango medio.

Conductor de gama media

Un altavoz de rango medio es un controlador de altavoz que reproduce una banda de frecuencias generalmente entre 1 y 6 kHz, también conocidas como frecuencias medias (entre el woofer y el tweeter). Los diafragmas de los controladores de rango medio pueden estar hechos de papel o materiales compuestos y pueden ser controladores de radiación directa (como woofers más pequeños) o pueden ser controladores de compresión (como algunos diseños de tweeter). Si el controlador de rango medio es un radiador directo, puede montarse en el deflector frontal de la caja de un altavoz o, si es un controlador de compresión, montarse en la garganta de una bocina para aumentar el nivel de salida y controlar el patrón de radiación.

Twitter

Vista explorada de un tweeter de cúpula

Un tweeter es un controlador de alta frecuencia que reproduce las frecuencias más altas en un sistema de altavoces. Un problema importante en el diseño de tweeters es lograr una cobertura de sonido angular amplia (respuesta fuera del eje), ya que el sonido de alta frecuencia tiende a salir del altavoz en haces estrechos. Los tweeters de cúpula blanda se encuentran ampliamente en los sistemas estéreo domésticos, y los controladores de compresión cargados con bocina son comunes en el refuerzo de sonido profesional. Los tweeters de cinta han ganado popularidad debido a que la potencia de salida de algunos diseños se ha incrementado a niveles útiles para el refuerzo de sonido profesional, y su patrón de salida es amplio en el plano horizontal, un patrón que tiene aplicaciones convenientes en el sonido de conciertos.

Controladores coaxiales

Un controlador coaxial es un controlador de altavoz con dos o más controladores concéntricos combinados. Los controladores coaxiales han sido producidos por Altec, Tannoy, Pioneer, KEF, SEAS, B&C Speakers, BMS, Cabasse y Genelec.

Diseño del sistema

Signo electrónico para un altavoz

Cruce

Un cruce pasivo

Un sistema bi-amplificado con un cruce activo

Usado en sistemas de altavoces de varios controladores, el cruce es un conjunto de filtros que separan la señal de entrada en diferentes rangos de frecuencia (es decir, "bandas"), según los requisitos de cada controlador. Por lo tanto, los controladores reciben energía solo en su frecuencia de funcionamiento (el rango de frecuencia de sonido para el que fueron diseñados), lo que reduce la distorsión en los controladores y la interferencia entre ellos. Las características ideales de un filtro de cruce pueden incluir una atenuación fuera de banda perfecta en la salida de cada filtro, sin variación de amplitud ('ondulación') dentro de cada banda de paso, sin retraso de fase entre bandas de frecuencia superpuestas, por nombrar solo unos pocos.

Los cruces pueden ser pasivos o activos. Un crossover pasivo es un circuito electrónico que utiliza una combinación de una o más resistencias, inductores o condensadores no polares. Estos componentes se combinan para formar una red de filtros y, por lo general, se colocan entre el amplificador de potencia de rango de frecuencia completo y los controladores de los altavoces para dividir la señal del amplificador en las bandas de frecuencia necesarias antes de entregarlas a los controladores individuales. Los circuitos cruzados pasivos no necesitan alimentación externa más allá de la propia señal de audio, pero tienen algunas desventajas: pueden requerir inductores y capacitores más grandes debido a los requisitos de manejo de energía (que son impulsados por el amplificador), disponibilidad limitada de componentes para optimizar las características del cruce a tales niveles de potencia, etc. A diferencia de los cruces activos que incluyen un amplificador incorporado, los cruces pasivos tienen una atenuación inherente dentro de la banda de paso, lo que generalmente conduce a una reducción en el factor de amortiguación antes de la bobina móvil. Un cruce activo es un circuito de filtro electrónico que divide la señal en bandas de frecuencia individuales antes de la amplificación de potencia, por lo que requiere al menos un amplificador de potencia para cada paso de banda. El filtrado pasivo también se puede usar de esta manera antes de la amplificación de potencia, pero es una solución poco común, ya que es menos flexible que el filtrado activo. Cualquier técnica que utilice filtrado cruzado seguido de amplificación se conoce comúnmente como biamplificación, triamplificación, cuádruple amplificación, etc., según el número mínimo de canales del amplificador.

Algunos diseños de altavoces utilizan una combinación de filtro de cruce pasivo y activo, como un cruce pasivo entre los controladores de frecuencia media y alta y un cruce activo entre el controlador de baja frecuencia y las frecuencias media y alta combinadas.

Los cruces pasivos se instalan normalmente dentro de las cajas de los altavoces y son, con diferencia, el tipo de cruce más común para uso doméstico y de bajo consumo. En los sistemas de audio para automóviles, los cruces pasivos pueden estar en una caja separada, necesaria para acomodar el tamaño de los componentes utilizados. Los cruces pasivos pueden ser simples para el filtrado de bajo orden o complejos para permitir pendientes pronunciadas como 18 o 24 dB por octava. Los crossovers pasivos también se pueden diseñar para compensar las características no deseadas del controlador, la bocina o las resonancias del gabinete, y pueden ser difíciles de implementar debido a la interacción de los componentes. Los cruces pasivos, como las unidades de altavoz que alimentan, tienen límites de manejo de potencia, tienen pérdidas de inserción (a menudo se reclama el 10 %) y cambian la carga vista por el amplificador. Los cambios son motivo de preocupación para muchos en el mundo de la alta fidelidad. Cuando se requieren altos niveles de salida, los cruces activos pueden ser preferibles. Los cruces activos pueden ser circuitos simples que emulan la respuesta de una red pasiva, o pueden ser más complejos, lo que permite realizar amplios ajustes de audio. Algunos cruces activos, generalmente sistemas de gestión de altavoces digitales, pueden incluir componentes electrónicos y controles para una alineación precisa de la fase y el tiempo entre las bandas de frecuencia, ecualización, compresión de rango dinámico y control de limitación.

Recintos

Un sistema inusual de altavoces de tres vías. El gabinete es estrecho para aumentar la frecuencia donde se produce un efecto de difracción llamado "paso de rizo".

La mayoría de los sistemas de altavoces consisten en controladores montados en una caja o gabinete. El papel del recinto es evitar que las ondas de sonido que emanan de la parte trasera de un conductor interfieran destructivamente con las del frente. Las ondas de sonido emitidas por la parte posterior están desfasadas 180° con las emitidas hacia adelante, por lo que, sin un recinto, suelen causar cancelaciones que degradan significativamente el nivel y la calidad del sonido a bajas frecuencias.

El montaje de controlador más simple es un panel plano (es decir, un deflector) con los controladores montados en orificios. Sin embargo, en este enfoque, las frecuencias de sonido con una longitud de onda mayor que las dimensiones del deflector se cancelan, porque la radiación en contrafase de la parte trasera del cono interfiere con la radiación del frente. Con un panel infinitamente grande, esta interferencia podría evitarse por completo. Una caja sellada lo suficientemente grande puede acercarse a este comportamiento.

Dado que los paneles de infinitas dimensiones son imposibles, la mayoría de los recintos funcionan al contener la radiación trasera del diafragma móvil. Un recinto sellado evita la transmisión del sonido emitido desde la parte trasera del altavoz al confinar el sonido en una caja rígida y hermética. Las técnicas utilizadas para reducir la transmisión del sonido a través de las paredes del gabinete incluyen paredes de gabinete más gruesas, material de pared con pérdidas, arriostramiento interno, paredes de gabinete curvas o, más raramente, materiales viscoelásticos (p. ej., betún cargado con minerales) o láminas delgadas de plomo aplicadas a los muros interiores del cerramiento.

Sin embargo, una caja rígida refleja el sonido internamente, que luego puede transmitirse de regreso a través del diafragma del altavoz, lo que nuevamente resulta en una degradación de la calidad del sonido. Esto se puede reducir mediante la absorción interna utilizando materiales absorbentes (a menudo llamados "amortiguadores"), como lana de vidrio, lana o guata de fibra sintética, dentro del recinto. La forma interna de la caja también puede diseñarse para reducir esto reflejando los sonidos lejos del diafragma del altavoz, donde luego pueden ser absorbidos.

Otros tipos de recintos alteran la radiación de sonido posterior para que pueda sumarse constructivamente a la salida del frente del cono. Los diseños que hacen esto (incluidos bass reflex, radiador pasivo, línea de transmisión, etc.) a menudo se usan para extender la respuesta efectiva de baja frecuencia. y aumentar la salida de baja frecuencia del controlador.

Para que la transición entre los controladores sea lo más fluida posible, los diseñadores del sistema han intentado alinear en el tiempo (o ajustar la fase) los controladores moviendo una o más ubicaciones de montaje del controlador hacia adelante o hacia atrás para que el centro acústico de cada controlador esté en el mismo plano vertical. Esto también puede implicar inclinar el altavoz frontal hacia atrás, proporcionar un montaje de caja separado para cada controlador o (con menos frecuencia) usar técnicas electrónicas para lograr el mismo efecto. Estos intentos han dado como resultado algunos diseños de gabinetes inusuales.

El esquema de montaje de los altavoces (incluidos los gabinetes) también puede causar difracción, lo que genera picos y caídas en la respuesta de frecuencia. El problema suele ser mayor en frecuencias más altas, donde las longitudes de onda son similares o más pequeñas que las dimensiones del gabinete. El efecto se puede minimizar redondeando los bordes frontales del gabinete, curvando el gabinete mismo, usando un gabinete más pequeño o más angosto, eligiendo un arreglo de controlador estratégico, usando material absorbente alrededor de un controlador, o alguna combinación de estos y otros esquemas.

Altavoces de bocina

Un altavoz de tres vías que utiliza cuernos delante de cada uno de los tres conductores: un cuerno poco profundo para el tuiteador, un cuerno largo y recto para frecuencias medias y un cuerno plegado para el woofer

Los altavoces de bocina son la forma más antigua de sistema de altavoces. El uso de bocinas como megáfonos amplificadores de voz data al menos del siglo XVII, y las bocinas se usaban en gramófonos mecánicos desde 1877. Los altavoces de bocina usan una guía de ondas con forma delante o detrás del controlador para aumentar la directividad del altavoz y para transformar una condición de diámetro pequeño y alta presión en la superficie del cono del motor en una condición de diámetro grande y baja presión en la boca de la bocina. Esto mejora la coincidencia de impedancia acústica-electro/mecánica entre el conductor y el aire ambiental, aumentando la eficiencia y enfocando el sonido en un área más estrecha.

El tamaño de la garganta, la boca, la longitud de la bocina, así como la tasa de expansión del área a lo largo de ella, deben elegirse cuidadosamente para que coincidan con la unidad para proporcionar correctamente esta función de transformación en un rango de frecuencias (cada bocina funciona mal fuera de sus límites acústicos, tanto en frecuencias altas como bajas). La longitud y el área transversal de la boca requeridas para crear una bocina de bajo o sub-bajo requieren una bocina de muchos pies de largo. 'Plegado' Los cuernos pueden reducir el tamaño total, pero obligan a los diseñadores a hacer concesiones y aceptar mayores complicaciones, como el costo y la construcción. Algunos diseños de bocina no solo doblan la bocina de baja frecuencia, sino que usan las paredes en una esquina de la habitación como una extensión de la boca de la bocina. A fines de la década de 1940, los cuernos cuyas bocas ocupaban gran parte de la pared de una habitación no eran desconocidos entre los fanáticos de la alta fidelidad. Las instalaciones del tamaño de una habitación se volvieron mucho menos aceptables cuando se requerían dos o más.

Un altavoz cargado con bocina puede tener una sensibilidad de hasta 110 dB a 2,83 voltios (1 vatio a 8 ohmios) a 1 metro. Este es un aumento de cien veces en la salida en comparación con un altavoz clasificado con una sensibilidad de 90 dB, y es invaluable en aplicaciones donde se requieren altos niveles de sonido o la potencia del amplificador es limitada.

Altavoz de línea de transmisión

Un altavoz de línea de transmisión es un diseño de caja de altavoz que utiliza una línea de transmisión acústica dentro de la caja, en comparación con las cajas más simples que se usan en los diseños sellados (cerrados) o bass reflex. En lugar de reverberar en un recinto amortiguado bastante simple, el sonido de la parte posterior del altavoz de graves se dirige a una vía amortiguada larga (generalmente plegada) dentro del recinto del altavoz, lo que permite un control y uso mucho mayor de la energía del altavoz y el sonido resultante.

Conexiones de cableado

Conector de agarre en un altavoz para conectarlo a una terminal de altavoces.

Entradas de dos vías en un altavoz, conectadas con conectores de banana.

Un altavoz de 4-ohm con dos pares de puestos de unión capaces de aceptar bi-wiring después de la eliminación de dos correas de metal.

La mayoría de los altavoces de alta fidelidad domésticos utilizan dos puntos de cableado para conectarse a la fuente de la señal (por ejemplo, al amplificador o receptor de audio). Para aceptar la conexión de cables, la caja del altavoz puede tener postes de unión, clips de resorte o un conector de montaje en panel. Si los cables de un par de altavoces no están conectados con respecto a la polaridad eléctrica adecuada (las conexiones + y − del altavoz y el amplificador deben conectarse + a + y − a −; el cable del altavoz casi siempre está marcado de modo que un conductor de un par se puede distinguir del otro, incluso si ha pasado por debajo o detrás de cosas en su recorrido desde el amplificador hasta la ubicación del altavoz), se dice que los altavoces están "fuera de fase" o más correctamente "fuera de polaridad". Dadas señales idénticas, el movimiento en un cono es en dirección opuesta al otro. Por lo general, esto hace que el material monofónico en una grabación estéreo se cancele, se reduzca su nivel y se haga más difícil de localizar, todo debido a la interferencia destructiva de las ondas sonoras. El efecto de cancelación es más notable en frecuencias en las que los altavoces están separados por un cuarto de longitud de onda o menos; las bajas frecuencias son las más afectadas. Este tipo de error de cableado no daña los altavoces, pero no es óptimo para escuchar.

Con el sistema de refuerzo de sonido, el sistema de megafonía y las cajas de los altavoces del amplificador de instrumentos, se suelen utilizar cables y algún tipo de conector o conector. Los gabinetes de parlantes de instrumentos y sistemas de sonido de precio bajo y medio a menudo usan 1/4" tomas de cable de altavoz. Los gabinetes de sistemas de sonido y gabinetes de altavoces de instrumentos más caros y de mayor potencia a menudo usan conectores Speakon. Los conectores Speakon se consideran más seguros para los amplificadores de alto vataje, porque el conector está diseñado para que los usuarios humanos no puedan tocar los conectores.

Altavoces inalámbricos

Altavoz inalámbrico HP Roar

Los altavoces inalámbricos son muy similares a los tradicionales (alámbricos), pero reciben señales de audio mediante ondas de radiofrecuencia (RF) en lugar de cables de audio. Normalmente hay un amplificador integrado en el gabinete del parlante porque las ondas de RF por sí solas no son suficientes para impulsar el parlante. Esta integración de amplificador y altavoz se conoce como altavoz activo. Los fabricantes de estos altavoces los diseñan para que sean lo más livianos posible mientras producen la máxima eficiencia de salida de audio.

Los parlantes inalámbricos aún necesitan energía, por lo que requieren una toma de corriente de CA cercana o posiblemente baterías. Solo se elimina el cable al amplificador.

Especificaciones

Etiquetas de las especificaciones en un altavoz

Las especificaciones de los altavoces generalmente incluyen:

• Tipo de altavoz o conductor (sólo unidades individuales) – Full-range, woofer, tweeter o mid-range.
• Tamaño de conductores individuales. Para los conductores de cono, el tamaño citado es generalmente el diámetro exterior de la cesta. Sin embargo, puede ser menos común también el diámetro del cono envolvente, ápice medido a ápice, o la distancia desde el centro de un agujero de montaje a su opuesto. También se puede especificar el diámetro de la bobina. Si el altavoz tiene un controlador de cuerno de compresión, se puede dar el diámetro de la garganta del cuerno.
• Potencia nominal– Potencia nominal (o incluso continua) y potencia máxima (o máxima a corto plazo) un altavoz puede manejar (es decir, potencia máxima de entrada antes de destruir el altavoz; nunca es la salida del sonido que produce el altavoz). Un conductor puede ser dañado a mucho menos que su potencia nominal si se condujera a través de sus límites mecánicos a frecuencias inferiores. Los Tweeters también pueden ser dañados por el clipping amplificador (los circuitos amplificadores producen grandes cantidades de energía a altas frecuencias en tales casos) o por música o entrada de onda sine a altas frecuencias. Cada una de estas situaciones podría pasar más energía a un tuitista de lo que puede sobrevivir sin daño. En algunas jurisdicciones, el manejo de poder tiene un significado legal que permite comparaciones entre altavoces bajo consideración. En otro lugar, la variedad de significados para la capacidad de manejo de energía puede ser bastante confusa.
• Impedancia– típicamente 4 Ω (ohms), 8 Ω, etc.
• Baffle o enclosure tipo (sólo sistemas cerrados) – Sealed, bajo reflejo, etc.
• Número de conductores (sólo sistemas completos de altavoces) – dos vías, tres vías, etc.
• Clase de altavoz:
  • Clase 1: máximo SPL 110-119 dB, el tipo de altavoz utilizado para reproducir a una persona que habla en un espacio pequeño o para la música de fondo; utilizado principalmente como altavoces de llenado para altavoces Clase 2 o Clase 3; típicamente pequeños 4" o 5" woofers y tweeters de cúpula
  • Clase 2: máximo SPL 120-129 dB, el tipo de altavoz medio capaz de potencia utilizado para el refuerzo en espacios pequeños o medianos o como altavoces de llenado para altavoces Clase 3 o Clase 4; típicamente de 5" a 8" woofers y tweeters de cúpula
  • Clase 3: máximo SPL 130-139 dB, altavoces de alta capacidad de potencia utilizados en sistemas principales en espacios pequeños a medianos; también se utiliza como altavoces de llenado para altavoces de clase 4; típicamente 6.5" a 12" woofers y 2" o 3" controladores de compresión para altas frecuencias
  • Clase 4: máxima SPL 140 dB y altavoces de alta capacidad de potencia utilizados como soportes en espacios medianos a grandes (o para altavoces de llenado para estos espacios medianos a grandes); de 10" a 15" woofers y 3" controladores de compresión

y opcionalmente:

• Frecuencia cruzada (s) (sólo sistemas de transmisión múltiple) – Los límites de frecuencia nominal de la división entre conductores.
• Respuesta a la frecuencia– La salida medida, o especificada, sobre un rango específico de frecuencias para un nivel de entrada constante variaba a través de esas frecuencias. A veces incluye un límite de varianza, como dentro de "± 2,5 dB".
• Parámetros Thiele/Small (conductores individuales solamente) – estos incluyen el conductor F_s (frecuencia de resonancia), Q_ts (un conductor) Q; más o menos, su factor de amortiguación a frecuencia resonante), V_como (el volumen equivalente de cumplimiento del aire del conductor), etc.
• Sensibilidad– El nivel de presión de sonido producido por un altavoz en un entorno no reverberante, a menudo especificado en dB y medido a 1 metro con una entrada de 1 watt (2.83 rms volts en 8 Ω), típicamente en una o más frecuencias especificadas. Los fabricantes utilizan a menudo esta calificación en material de marketing.
• Nivel máximo de presión de sonido– La salida más alta que el altavoz puede manejar, poco daño o no exceder un nivel de distorsión particular. Los fabricantes utilizan a menudo esta calificación en material de marketing, comúnmente sin referencia al rango de frecuencia o nivel de distorsión.

Características eléctricas de los altavoces dinámicos

La carga que un controlador presenta a un amplificador consta de una impedancia eléctrica compleja, una combinación de resistencia y reactancia capacitiva e inductiva, que combina las propiedades del controlador, su movimiento mecánico, los efectos de los componentes cruzados (si los hay). en la ruta de la señal entre el amplificador y el controlador), y los efectos de la carga de aire en el controlador modificado por el recinto y su entorno. La mayoría de los amplificadores' las especificaciones de salida se dan a una potencia específica en una carga resistiva ideal; sin embargo, un altavoz no tiene una impedancia constante en su rango de frecuencia. En cambio, la bobina de voz es inductiva, el controlador tiene resonancias mecánicas, el recinto cambia las características eléctricas y mecánicas del controlador, y un cruce pasivo entre los controladores y el amplificador contribuye con sus propias variaciones. El resultado es una impedancia de carga que varía ampliamente con la frecuencia y, por lo general, también una relación de fase variable entre el voltaje y la corriente, que también cambia con la frecuencia. Algunos amplificadores pueden hacer frente a la variación mejor que otros.

Para producir sonido, un altavoz funciona con corriente eléctrica modulada (producida por un amplificador) que pasa a través de una "bobina de altavoz" que luego (a través de la inductancia) crea un campo magnético alrededor de la bobina. Las variaciones de corriente eléctrica que pasan a través del parlante se convierten así en un campo magnético variable, cuya interacción con el campo magnético del parlante mueve el diafragma del parlante, lo que obliga al parlante a producir un movimiento de aire similar a la señal original. del amplificador.

Medidas electromecánicas

Ejemplos de medidas típicas son: características de amplitud y fase frente a frecuencia; respuesta de impulso bajo una o más condiciones (por ejemplo, ondas cuadradas, ráfagas de ondas sinusoidales, etc.); directividad frente a frecuencia (por ejemplo, horizontal, vertical, esférica, etc.); distorsión armónica y de intermodulación frente a salida de nivel de presión de sonido (SPL), usando cualquiera de varias señales de prueba; energía almacenada (es decir, timbre) en varias frecuencias; impedancia frente a frecuencia; y rendimiento de señal pequeña frente a señal grande. La mayoría de estas mediciones requieren equipos sofisticados y, a menudo, costosos para realizar, y también buen juicio por parte del operador, pero la salida del nivel de presión de sonido sin procesar es bastante más fácil de informar y, por lo tanto, a menudo es el único valor especificado, a veces en términos engañosamente exactos. El nivel de presión sonora (SPL) que produce un altavoz se mide en decibelios (dBspl).

Eficiencia frente a sensibilidad

La eficiencia del altavoz se define como la salida de potencia de sonido dividida por la entrada de potencia eléctrica. La mayoría de los altavoces son transductores ineficientes; solo alrededor del 1% de la energía eléctrica enviada por un amplificador a un altavoz doméstico típico se convierte en energía acústica. El resto se convierte en calor, principalmente en el ensamblaje de la bobina móvil y el imán. La razón principal de esto es la dificultad de lograr una adaptación de impedancia adecuada entre la impedancia acústica de la unidad de transmisión y el aire que irradia. (A bajas frecuencias, mejorar esta coincidencia es el objetivo principal de los diseños de cajas de altavoces). La eficiencia de los controladores de los altavoces también varía con la frecuencia. Por ejemplo, la salida de un controlador de woofer disminuye a medida que disminuye la frecuencia de entrada debido a la cada vez más pobre coincidencia entre el aire y el controlador.

Las clasificaciones de los conductores basadas en el SPL para una entrada determinada se denominan clasificaciones de sensibilidad y, en teoría, son similares a la eficiencia. La sensibilidad generalmente se define como tantos decibelios a una entrada eléctrica de 1 W, medidos a 1 metro (excepto para los auriculares), a menudo en una sola frecuencia. El voltaje utilizado suele ser de 2,83 V_RMS, que es 1 vatio en una impedancia de altavoz de 8 Ω (nominal) (aproximadamente cierto para muchos sistemas de altavoces). Las medidas tomadas con esta referencia se expresan en dB con 2,83 V a 1 m.

La salida de presión de sonido se mide (o se escala matemáticamente para que sea equivalente a una medida tomada en) a un metro del altavoz y en el eje (directamente frente a él), bajo la condición de que el altavoz esté irradiando hacia un espacio infinitamente grande y montado en un deflector infinito. Claramente, entonces, la sensibilidad no se correlaciona precisamente con la eficiencia, ya que también depende de la directividad del controlador que se está probando y del entorno acústico frente al altavoz real. Por ejemplo, la bocina de una porrista produce más salida de sonido en la dirección en la que apunta al concentrar las ondas de sonido de la porrista en una dirección, por lo que se 'enfoca'. ellos. La bocina también mejora la coincidencia de impedancia entre la voz y el aire, lo que produce más potencia acústica para una potencia de altavoz determinada. En algunos casos, la adaptación de impedancia mejorada (mediante un diseño cuidadoso de la caja) permite que el altavoz produzca más potencia acústica.

• Los altavoces típicos de casa tienen sensibilidades de aproximadamente 85 a 95 dB para 1 W @ 1 m, una eficiencia de 0,5–4%.
• Refuerzo de sonido y dirección pública altavoces tienen sensibilidades de tal vez 95 a 102 dB para 1 W @ 1 m – una eficiencia de 4-10%.
• Concierto de roca, estadio PA, vela marina, etc. Los altavoces generalmente tienen mayor sensibilidad de 103 a 110 dB para 1 W @ 1 m, una eficiencia de 10-20%.

Un controlador con una clasificación de potencia máxima más alta no necesariamente se puede conducir a niveles más altos que uno de clasificación más baja, ya que la sensibilidad y el manejo de potencia son propiedades independientes en gran medida. En los siguientes ejemplos, suponga (para simplificar) que los controladores que se comparan tienen la misma impedancia eléctrica, funcionan a la misma frecuencia dentro de las respectivas bandas de paso de ambos controladores y que la compresión y la distorsión de potencia son bajas. Para el primer ejemplo, un altavoz 3 dB más sensible que otro produce el doble de potencia de sonido (es 3 dB más alto) para la misma entrada de potencia. Por lo tanto, un controlador de 100 W ("A") clasificado a 92 dB para 1 W a 1 m de sensibilidad genera el doble de potencia acústica que un controlador de 200 W ("B") clasificado a 89 dB para 1 W @ 1 m cuando ambos funcionan con 100 W de potencia de entrada. En este ejemplo particular, cuando se alimenta a 100 W, el altavoz A produce el mismo SPL o volumen que produciría el altavoz B con una entrada de 200 W. Por lo tanto, un aumento de 3 dB en la sensibilidad del altavoz significa que necesita la mitad de la potencia del amplificador para lograr un SPL determinado. Esto se traduce en un amplificador de potencia más pequeño y menos complejo y, a menudo, en un costo total del sistema reducido.

Por lo general, no es posible combinar una alta eficiencia (especialmente a bajas frecuencias) con un tamaño de caja compacto y una respuesta de baja frecuencia adecuada. Uno puede, en su mayor parte, elegir solo dos de los tres parámetros al diseñar un sistema de altavoces. Entonces, por ejemplo, si el rendimiento extendido de baja frecuencia y el tamaño de la caja pequeña son importantes, se debe aceptar la baja eficiencia. Esta regla general a veces se llama la Ley de Hierro de Hofmann (en honor a J.A. Hofmann, la "H" en KLH).

Entorno de escucha

En el Pabellón Jay Pritzker, un sistema LARES se combina con un sistema de refuerzo de sonido en zona, ambos suspendidos en un trellis de acero de arriba, para sintetizar un ambiente acústico interior al aire libre.

La interacción de un sistema de altavoces con su entorno es compleja y está en gran medida fuera del control del diseñador del altavoz. La mayoría de las salas de escucha presentan un entorno más o menos reflexivo, según el tamaño, la forma, el volumen y el mobiliario. Esto significa que el sonido que llega a los oídos de un oyente consiste no solo en el sonido directamente del sistema de altavoces, sino también en el mismo sonido retrasado al viajar hacia y desde (y ser modificado por) una o más superficies. Estas ondas de sonido reflejadas, cuando se agregan al sonido directo, provocan la cancelación y la adición en una variedad de frecuencias (por ejemplo, de los modos de sala resonante), cambiando así el timbre y el carácter del sonido en los oídos del oyente. El cerebro humano es muy sensible a las pequeñas variaciones, incluidas algunas de ellas, y esta es parte de la razón por la que un sistema de altavoces suena diferente en diferentes posiciones de escucha o en diferentes habitaciones.

Un factor importante en el sonido de un sistema de altavoces es la cantidad de absorción y difusión presente en el entorno. Aplaudir con las manos en una habitación vacía típica, sin cortinas ni alfombras, produce un eco vibrante debido tanto a la falta de absorción como a la reverberación (es decir, ecos repetidos) de las paredes planas, el piso y el techo reflectantes.. La adición de muebles de superficie dura, tapices, estanterías e incluso la decoración del techo de yeso barroco cambia los ecos, principalmente debido a la difusión causada por objetos reflectantes con formas y superficies que tienen tamaños del orden de las longitudes de onda del sonido. Esto de alguna manera rompe los reflejos simples causados por superficies planas y desnudas, y distribuye la energía reflejada de una onda incidente en un ángulo mayor en el reflejo.

Ubicación

En una sala de escucha rectangular típica, las superficies duras y paralelas de las paredes, el suelo y el techo provocan nodos de resonancia acústica primaria en cada una de las tres dimensiones: izquierda-derecha, arriba-abajo y adelante-atrás. Además, existen modos de resonancia más complejos que involucran tres, cuatro, cinco e incluso las seis superficies límite que se combinan para crear ondas estacionarias. Esto se denomina respuesta de interferencia del límite del altavoz (SBIR). Las bajas frecuencias son las que más excitan estos modos, ya que las longitudes de onda largas no se ven muy afectadas por la composición o ubicación de los muebles. El espaciado de modo es fundamental, especialmente en salas de tamaño pequeño y mediano, como estudios de grabación, cine en casa y estudios de transmisión. La proximidad de los altavoces a los límites de la sala afecta la fuerza con la que se excitan las resonancias y afecta la fuerza relativa en cada frecuencia. La ubicación del oyente también es fundamental, ya que una posición cercana a un límite puede tener un gran efecto en el equilibrio de frecuencias percibido. Esto se debe a que los patrones de ondas estacionarias se escuchan más fácilmente en estos lugares y en frecuencias más bajas, por debajo de la frecuencia de Schroeder, generalmente alrededor de 200 a 300 Hz, según el tamaño de la habitación.

Directividad

Al estudiar la radiación de las fuentes de sonido, los especialistas en acústica han desarrollado algunos conceptos importantes para comprender cómo se perciben los altavoces. La fuente de radiación más simple posible es una fuente puntual, a veces llamada fuente simple. Una fuente puntual ideal es un punto infinitesimalmente pequeño que irradia sonido. Puede ser más fácil imaginar una pequeña esfera pulsante, aumentando y disminuyendo uniformemente en diámetro, enviando ondas de sonido en todas las direcciones por igual, independientemente de la frecuencia.

Se puede considerar que cualquier objeto que emita sonido, incluido un sistema de altavoces, está compuesto por combinaciones de estas fuentes puntuales simples. El patrón de radiación de una combinación de fuentes puntuales no es el mismo que el de una sola fuente, sino que depende de la distancia y la orientación entre las fuentes, la posición relativa a ellas desde la que el oyente escucha la combinación y la frecuencia del sonido involucrado.. Usando geometría y cálculo, algunas combinaciones simples de fuentes se resuelven fácilmente; otros no lo son.

Una combinación simple son dos fuentes simples separadas por una distancia y vibrando fuera de fase, una esfera en miniatura se expande mientras que la otra se contrae. El par se conoce como doblete o dipolo, y la radiación de esta combinación es similar a la de un altavoz dinámico muy pequeño que funciona sin deflector. La directividad de un dipolo es una forma de figura 8 con salida máxima a lo largo de un vector que conecta las dos fuentes y mínimos a los lados cuando el punto de observación es equidistante de las dos fuentes, donde la suma de las ondas positivas y negativas se cancelan entre sí. Si bien la mayoría de los controladores son dipolos, según el recinto al que estén conectados, pueden radiar como monopolos, dipolos (o bipolos). Si se monta en un deflector finito, y se permite que estas ondas desfasadas interactúen, se producen picos de dipolo y nulos en la respuesta de frecuencia. Cuando la radiación trasera es absorbida o atrapada en una caja, el diafragma se convierte en un radiador monopolar. Los altavoces bipolares, fabricados montando monopolos en fase (ambos saliendo o entrando en la caja al unísono) en lados opuestos de una caja, son un método para acercarse a los patrones de radiación omnidireccionales.

Parcelas polares de un altavoz industrial cilíndrico de dirección pública de cuatro conductores tomadas a seis frecuencias. Observe cómo el patrón es casi omnidireccional a bajas frecuencias, convergiendo a un patrón amplio en forma de ventilador a 1 kHz, luego separándose en lóbulos y debilitándose con frecuencias más altas

En la vida real, los conductores individuales son formas 3D complejas como los conos y las cúpulas, y se colocan en un baffle por varias razones. Una expresión matemática para la directividad de una forma compleja, basada en combinaciones de modelado de fuentes de puntos, generalmente no es posible, pero en el campo lejano, la directividad de un altavoz con un diafragma circular está cerca de la de un pistón circular plano, por lo que puede ser utilizado como una simplificación ilustrativa para la discusión. Como ejemplo simple de la física matemática involucrada, considere lo siguiente: la fórmula para la dirección de campo lejos de un pistón circular plano en un baffle infinito es p()Silencio Silencio )=p0J1()kapecado⁡ ⁡ Silencio Silencio )kapecado⁡ ⁡ Silencio Silencio {displaystyle p(theta)={frac {p_{0}J_{1}(k_{a}sin theta)}{k_{a}sin theta }Donde ka=2π π aλ λ {displaystyle K_{a}={frac {2pi}{lambda }, p0{displaystyle P_{0} es la presión sobre el eje, a{displaystyle a} es el radio de pistón, λ λ {displaystyle lambda } es la longitud de onda (es decir, λ λ =cf=velocidad de sonidofrecuencia{displaystyle lambda ={frac {f}={frac {text{speed of sound} {text{frequency}}}} {f}}} {f}}}} {f}} {f}f}}} {f}f}}} {f} {f} {f}f}f}f}) Silencio Silencio {displaystyle theta } es el ángulo del eje y J1{displaystyle J_{1} es la función Bessel del primer tipo.

Una fuente plana irradia sonido uniformemente para bajas frecuencias' longitudes de onda más largas que las dimensiones de la fuente plana y, a medida que aumenta la frecuencia, el sonido de dicha fuente se enfoca en un ángulo cada vez más estrecho. Cuanto más pequeño es el controlador, mayor es la frecuencia en la que se produce este estrechamiento de la directividad. Incluso si el diafragma no es perfectamente circular, este efecto ocurre de tal manera que las fuentes más grandes son más directivas. Varios diseños de altavoces se aproximan a este comportamiento. La mayoría son diseños electrostáticos o magnéticos planos.

Varios fabricantes utilizan diferentes arreglos de montaje de controladores para crear un tipo específico de campo de sonido en el espacio para el que están diseñados. Los patrones de radiación resultantes pueden estar destinados a simular más de cerca la forma en que los instrumentos reales producen el sonido, o simplemente crear una distribución de energía controlada a partir de la señal de entrada (algunos que usan este enfoque se denominan monitores, ya que son útiles para verificar la señal que se acaba de grabar). en un estudio). Un ejemplo del primero es un sistema de esquinas de habitaciones con muchos conductores pequeños en la superficie de una esfera de 1/8. Un diseño de sistema de este tipo fue patentado y producido comercialmente por el profesor Amar Bose: el 2201. Los modelos posteriores de Bose han enfatizado deliberadamente la producción de sonido directo y reflejado por el propio altavoz, independientemente de su entorno. Los diseños son controvertidos en los círculos de alta fidelidad, pero han demostrado tener éxito comercial. Varios otros fabricantes' los diseños siguen principios similares.

La directividad es un tema importante porque afecta el balance de frecuencias del sonido que escucha un oyente, y también la interacción del sistema de altavoces con la sala y su contenido. Un altavoz muy directivo (a veces llamado 'beamy') (es decir, en un eje perpendicular a la cara del altavoz) puede dar como resultado un campo reverberante que carece de altas frecuencias, dando la impresión de que el altavoz tiene deficiencias en los agudos aunque mide bien en el eje (por ejemplo, "plano" en todo el rango de frecuencia). Los altavoces con directividad muy amplia o que aumenta rápidamente a altas frecuencias pueden dar la impresión de que hay demasiados agudos (si el oyente está en el eje) o muy pocos (si el oyente está fuera del eje). Esta es parte de la razón por la que la medición de la respuesta de frecuencia en el eje no es una caracterización completa del sonido de un altavoz determinado.

Otros diseños de altavoces

Si bien los altavoces de cono dinámico siguen siendo la opción más popular, existen muchas otras tecnologías de altavoces.

Con diafragma

Altavoces de hierro móvil

Altavoz de hierro en movimiento

El altavoz de hierro móvil fue el primer tipo de altavoz que se inventó. A diferencia del nuevo diseño dinámico (bobina móvil), un altavoz de hierro móvil utiliza una bobina estacionaria para hacer vibrar una pieza de metal magnetizada (llamada hierro, lengüeta o armadura). El metal está unido al diafragma o es el propio diafragma. Este diseño fue el diseño original del altavoz, que se remonta a los primeros teléfonos. Los controladores de hierro en movimiento son ineficientes y solo pueden producir una pequeña banda de sonido. Requieren grandes imanes y bobinas para aumentar la fuerza.

Los controladores de armadura equilibrada (un tipo de controlador de hierro móvil) utilizan una armadura que se mueve como un balancín o un trampolín. Como no están amortiguados, son muy eficientes, pero también producen fuertes resonancias. Todavía se utilizan hoy en día para audífonos y audífonos de gama alta, donde el tamaño pequeño y la alta eficiencia son importantes.

Altavoces piezoeléctricos

Un timbre piezoeléctrico. El material piezoeléctrico de cerámica blanca se puede ver fijo a un diafragma metálico.

Los parlantes piezoeléctricos se usan con frecuencia como pitidos en relojes y otros dispositivos electrónicos, y a veces se usan como tweeters en sistemas de parlantes menos costosos, como parlantes para computadoras y radios portátiles. Los parlantes piezoeléctricos tienen varias ventajas sobre los parlantes convencionales: son resistentes a las sobrecargas que normalmente destruirían la mayoría de los controladores de alta frecuencia y se pueden usar sin cruce debido a sus propiedades eléctricas. También hay desventajas: algunos amplificadores pueden oscilar cuando manejan cargas capacitivas como la mayoría de los piezoeléctricos, lo que resulta en distorsión o daño al amplificador. Además, su respuesta en frecuencia, en la mayoría de los casos, es inferior a la de otras tecnologías. Es por eso que generalmente se usan en aplicaciones de frecuencia única (beeper) o no críticas.

Los altavoces piezoeléctricos pueden tener una salida de alta frecuencia extendida y esto es útil en algunas circunstancias especiales; por ejemplo, aplicaciones de sonda en las que las variantes piezoeléctricas se utilizan como dispositivos de salida (que generan sonido submarino) y como dispositivos de entrada (que actúan como componentes de detección de micrófonos submarinos). Tienen ventajas en estas aplicaciones, una de las cuales es una construcción simple y de estado sólido que resiste el agua de mar mejor que un dispositivo basado en cinta o cono.

En 2013, Kyocera introdujo parlantes piezoeléctricos ultradelgados de película de tamaño mediano con solo 1 milímetro de grosor y 7 gramos de peso para sus 55" televisores OLED y esperan que los parlantes también se usen en PC y tabletas. Además del tamaño mediano, también hay tamaños grandes y pequeños que pueden producir relativamente la misma calidad de sonido y volumen dentro de los 180 grados. El material de los altavoces de gran capacidad de respuesta proporciona una mayor claridad que los altavoces de TV tradicionales.

Altavoces magnetostáticos

Altavoz Magnetoestático

En lugar de una bobina de voz que impulsa el cono de un altavoz, un altavoz magnetostático utiliza una serie de tiras de metal unidas a una membrana de película grande. El campo magnético producido por la señal de corriente que fluye a través de las tiras interactúa con el campo de las barras magnéticas permanentes montadas detrás de ellas. La fuerza producida mueve la membrana y por lo tanto el aire frente a ella. Por lo general, estos diseños son menos eficientes que los altavoces de bobina móvil convencionales.

Altavoces magnetoestrictivos

Los transductores magnetoestrictivos, basados en la magnetoestricción, se han utilizado predominantemente como radiadores de ondas sonoras ultrasónicas de sonar, pero su uso se ha extendido también a los sistemas de altavoces de audio. Los controladores de altavoces magnetoestrictivos tienen algunas ventajas especiales: pueden proporcionar una mayor fuerza (con excursiones más pequeñas) que otras tecnologías; baja excursión puede evitar distorsiones de gran excursión como en otros diseños; la bobina de magnetización es estacionaria y, por lo tanto, se enfría más fácilmente; son robustos porque no se requieren suspensiones delicadas ni bobinas de voz. Fostex y FeONIC han producido módulos de altavoces magnetoestrictivos y también se han producido controladores de subwoofer.

Altavoces electrostáticos

Esquemática mostrando la construcción de un altavoz electrostático y sus conexiones. El espesor del diafragma y las rejillas se ha exagerado con el propósito de la ilustración.

Los altavoces electrostáticos utilizan un campo eléctrico de alto voltaje (en lugar de un campo magnético) para impulsar una membrana delgada cargada estáticamente. Debido a que se activan sobre toda la superficie de la membrana en lugar de desde una pequeña bobina de voz, normalmente proporcionan un movimiento más lineal y con menor distorsión que los controladores dinámicos. También tienen un patrón de dispersión relativamente estrecho que puede permitir un posicionamiento preciso del campo de sonido. Sin embargo, su área de escucha óptima es pequeña y no son altavoces muy eficientes. Tienen la desventaja de que la excursión del diafragma está severamente limitada debido a limitaciones prácticas de construcción: cuanto más separados estén los estatores, mayor debe ser el voltaje para lograr una eficiencia aceptable. Esto aumenta la tendencia a los arcos eléctricos y aumenta la atracción de partículas de polvo por parte del altavoz. La formación de arcos sigue siendo un problema potencial con las tecnologías actuales, especialmente cuando se permite que los paneles acumulen polvo o suciedad y se activan con altos niveles de señal.

Los electrostáticos son inherentemente radiadores dipolares y, debido a la delgada membrana flexible, son menos adecuados para su uso en recintos para reducir la cancelación de baja frecuencia como con los controladores de cono comunes. Debido a esto y a la baja capacidad de excursión, los altavoces electrostáticos de rango completo son grandes por naturaleza, y los graves se transmiten a una frecuencia correspondiente a un cuarto de longitud de onda de la dimensión más estrecha del panel. Para reducir el tamaño de los productos comerciales, a veces se utilizan como un controlador de alta frecuencia en combinación con un controlador dinámico convencional que maneja las frecuencias bajas de manera efectiva.

La electrostática generalmente se conduce a través de un transformador elevador que multiplica las oscilaciones de voltaje producidas por el amplificador de potencia. Este transformador también multiplica la carga capacitiva inherente a los transductores electrostáticos, lo que significa que la impedancia efectiva presentada a los amplificadores de potencia varía ampliamente según la frecuencia. Un altavoz que tiene nominalmente 8 ohmios en realidad puede presentar una carga de 1 ohmio en frecuencias más altas, lo que es un desafío para algunos diseños de amplificadores.

Altavoces magnéticos planos y de cinta

Un altavoz de cinta consta de una fina cinta de película metálica suspendida en un campo magnético. La señal eléctrica se aplica a la cinta, que se mueve con ella para crear el sonido. La ventaja de un impulsor de cinta es que la cinta tiene muy poca masa; por lo tanto, puede acelerar muy rápidamente, produciendo una respuesta de alta frecuencia muy buena. Los altavoces de cinta suelen ser muy frágiles; algunos pueden romperse con una fuerte ráfaga de aire. La mayoría de los tweeters de cinta emiten sonido en un patrón dipolar. Algunos tienen respaldos que limitan el patrón de radiación del dipolo. Por encima y por debajo de los extremos de la cinta más o menos rectangular, hay menos salida audible debido a la cancelación de fase, pero la cantidad precisa de directividad depende de la longitud de la cinta. Los diseños de cinta generalmente requieren imanes excepcionalmente potentes, lo que los hace costosos de fabricar. Las cintas tienen una resistencia muy baja que la mayoría de los amplificadores no pueden controlar directamente. Como resultado, normalmente se usa un transformador reductor para aumentar la corriente a través de la cinta. El amplificador "ve" una carga que es la resistencia de la cinta multiplicada por la relación de espiras del transformador al cuadrado. El transformador debe diseñarse cuidadosamente para que su respuesta de frecuencia y las pérdidas parásitas no degraden el sonido, aumentando aún más el costo y la complicación en relación con los diseños convencionales.

Los altavoces magnéticos planos (que tienen conductores impresos o incrustados en un diafragma plano) a veces se describen como cintas, pero no son realmente altavoces de cinta. El término plano generalmente se reserva para altavoces con superficies planas más o menos rectangulares que irradian de manera bipolar (es decir, frontal y posterior). Los altavoces magnéticos planos consisten en una membrana flexible con una bobina de voz impresa o montada en ella. La corriente que fluye a través de la bobina interactúa con el campo magnético de los imanes cuidadosamente colocados a ambos lados del diafragma, lo que hace que la membrana vibre de manera más o menos uniforme y sin doblarse ni arrugarse mucho. La fuerza impulsora cubre un gran porcentaje de la superficie de la membrana y reduce los problemas de resonancia inherentes a los diafragmas planos accionados por bobina.

Altavoces de ondas de flexión

Los transductores de ondas de flexión utilizan un diafragma que es intencionalmente flexible. La rigidez del material aumenta desde el centro hacia el exterior. Las longitudes de onda cortas se irradian principalmente desde el área interior, mientras que las ondas más largas alcanzan el borde del altavoz. Para evitar los reflejos desde el exterior hacia el centro, las ondas largas son absorbidas por un amortiguador circundante. Dichos transductores pueden cubrir un amplio rango de frecuencias (80 Hz a 35 000 Hz) y se han promocionado como una fuente de sonido puntual ideal. Este enfoque poco común está siendo adoptado por muy pocos fabricantes, en arreglos muy diferentes.

Los altavoces Ohm Walsh utilizan un controlador único diseñado por Lincoln Walsh, que había sido ingeniero de desarrollo de radares en la Segunda Guerra Mundial. Se interesó en el diseño de equipos de audio y su último proyecto fue un altavoz unidireccional único que utiliza un solo controlador. El cono miraba hacia abajo en un recinto sellado y hermético. En lugar de moverse de un lado a otro como lo hacen los altavoces convencionales, el cono se onduló y creó un sonido de una manera conocida en la electrónica de RF como "línea de transmisión". El nuevo altavoz creó un campo de sonido cilíndrico. Lincoln Walsh murió antes de que su orador fuera hecho público. La firma Ohm Acoustics ha producido varios modelos de altavoces utilizando el diseño del controlador Walsh desde entonces. German Physiks, una empresa de equipos de audio de Alemania, también produce altavoces con este enfoque.

La firma alemana Manger ha diseñado y producido un generador de ondas curvas que a primera vista parece convencional. De hecho, el panel redondo unido a la bobina de voz se dobla de forma cuidadosamente controlada para producir un sonido de rango completo. Josef W. Manger recibió la Rudolf-Diesel-Medaille por desarrollos e inventos extraordinarios del instituto alemán de inventos.

Altavoces de panel plano

Ha habido muchos intentos de reducir el tamaño de los sistemas de altavoces o, alternativamente, hacerlos menos obvios. Uno de esos intentos fue el desarrollo de "exciter" bobinas transductoras montadas en paneles planos para actuar como fuentes de sonido, más exactamente llamados excitadores/controladores de panel. Estos pueden hacerse en un color neutral y colgarse en las paredes donde son menos perceptibles que muchos altavoces, o pueden pintarse deliberadamente con patrones, en cuyo caso pueden funcionar decorativamente. Hay dos problemas relacionados con las técnicas de panel plano: primero, un panel plano es necesariamente más flexible que un cono del mismo material y, por lo tanto, se mueve menos como una sola unidad, y segundo, las resonancias en el panel son difíciles de controlar. dando lugar a considerables distorsiones. Se han logrado algunos avances utilizando materiales rígidos y ligeros, como la espuma de poliestireno, y en los últimos años se han producido comercialmente varios sistemas de paneles planos.

Transductores de movimiento de aire Heil

En el transductor de movimiento aéreo de Heil, la corriente a través de la membrana 2 hace que se mueva a la izquierda y a la derecha en el campo magnético 6, moviendo el aire hacia y hacia fuera a lo largo de las direcciones 8; barreras 4 evitan que el aire se mueva en direcciones no deseadas.

Oskar Heil inventó el transductor de movimiento del aire en la década de 1960. En este enfoque, un diafragma plisado se monta en un campo magnético y se fuerza a cerrarse y abrirse bajo el control de una señal musical. Se fuerza aire entre los pliegues de acuerdo con la señal impuesta, generando sonido. Los controladores son menos frágiles que los de cinta y considerablemente más eficientes (y capaces de producir niveles de salida absolutos más altos) que los diseños de tweeter magnético plano, electrostático o de cinta. ESS, un fabricante de California, obtuvo la licencia del diseño, empleó a Heil y produjo una gama de sistemas de altavoces utilizando sus tweeters durante las décadas de 1970 y 1980. Lafayette Radio, una gran cadena de tiendas minoristas de EE. UU., también vendió sistemas de parlantes que usaban tales tweeters durante un tiempo. Hay varios fabricantes de estos controladores (al menos dos en Alemania, uno de los cuales produce una gama de altavoces profesionales de gama alta que utilizan tweeters y controladores de gama media basados en la tecnología) y los controladores se utilizan cada vez más en el audio profesional. Martin Logan produce varios altavoces AMT en EE. UU. y GoldenEar Technologies los incorpora en toda su línea de altavoces.

Altavoz de conducción iónica transparente

En 2013, un equipo de investigación introdujo un altavoz de conducción iónica transparente que consta de dos capas de gel conductor transparente y una capa de caucho transparente en el medio para hacer que el alto voltaje y la alta activación funcionen para reproducir una buena calidad de sonido. El altavoz es adecuado para los campos de la robótica, la informática móvil y la óptica adaptativa.

Sin diafragma

Altavoces de arco de plasma

Altavoz de plasma

Los altavoces de arco de plasma utilizan plasma eléctrico como elemento radiante. Dado que el plasma tiene una masa mínima, pero está cargado y, por lo tanto, puede ser manipulado por un campo eléctrico, el resultado es una salida muy lineal a frecuencias mucho más altas que el rango audible. Los problemas de mantenimiento y confiabilidad de este enfoque tienden a hacerlo inadecuado para el uso en el mercado masivo. En 1978, Alan E. Hill, del Laboratorio de Armas de la Fuerza Aérea en Albuquerque, NM, diseñó el Plasmatronics Hill Tipo I, un tweeter cuyo plasma se generó a partir de gas helio. Esto evitó el ozono y el NOx producidos por la descomposición del aire por radiofrecuencia en una generación anterior de tweeters de plasma fabricados por la pionera DuKane Corporation, que produjo el Ionovac (comercializado como Ionofane en el Reino Unido) durante la década de 1950. Actualmente, quedan algunos fabricantes en Alemania que utilizan este diseño, y se ha publicado un diseño de bricolaje y está disponible en Internet.

Una variación menos costosa de este tema es el uso de una llama para el conductor, ya que las llamas contienen gases ionizados (cargados eléctricamente).

Altavoces termoacústicos

En 2008, investigadores de la Universidad de Tsinghua demostraron un altavoz termoacústico de película delgada de nanotubos de carbono, cuyo mecanismo de trabajo es un efecto termoacústico. Las corrientes eléctricas de frecuencia de sonido se utilizan para calentar periódicamente el CNT y, por lo tanto, dan como resultado la generación de sonido en el aire circundante. El altavoz de película delgada CNT es transparente, estirable y flexible. En 2013, los investigadores de la Universidad de Tsinghua presentaron además un auricular termoacústico de hilo delgado de nanotubos de carbono y un dispositivo termoacústico montado en la superficie. Ambos son dispositivos totalmente integrados y compatibles con la tecnología de semiconductores basada en Si.

Woofers rotativos

Un woofer giratorio es esencialmente un ventilador con aspas que cambian constantemente de tono, lo que les permite empujar el aire fácilmente hacia adelante y hacia atrás. Los woofers giratorios pueden reproducir eficientemente frecuencias subsónicas, que son difíciles o imposibles de lograr en un altavoz tradicional con diafragma. A menudo se emplean en las salas de cine para recrear efectos de graves retumbantes, como explosiones.

Nuevas tecnologías

Altavoces digitales

Los altavoces digitales han sido objeto de experimentos realizados por Bell Labs desde la década de 1920. El diseño es simple; cada bit controla un controlador, que está completamente 'encendido'; o 'apagado'. Los problemas con este diseño han llevado a los fabricantes a abandonarlo por poco práctico por el momento. Primero, para una cantidad razonable de bits (requeridos para una calidad de reproducción de sonido adecuada), el tamaño físico de un sistema de altavoces se vuelve muy grande. En segundo lugar, debido a problemas inherentes de conversión de analógico a digital, el efecto de alias es inevitable, por lo que la salida de audio se "refleja" a la misma amplitud en el dominio de la frecuencia, al otro lado del límite de Nyquist (la mitad de la frecuencia de muestreo), provocando un nivel inaceptablemente alto de ultrasonidos para acompañar la salida deseada. No se ha encontrado ningún esquema viable para tratar adecuadamente esto.

El término "digital" o "listo para digital" se utiliza a menudo con fines de marketing en altavoces o auriculares, pero estos sistemas no son digitales en el sentido descrito anteriormente. Más bien, son altavoces convencionales que se pueden usar con fuentes de sonido digital (por ejemplo, medios ópticos, reproductores de MP3, etc.), al igual que cualquier altavoz convencional.