Tweeter
- Magnet
- Boil de voz
- Membrane
- Suspensión
Un tweeter o altavoz de agudos es un tipo especial de altavoz (normalmente de cúpula, de cúpula inversa o tipo bocina) diseñado para producir frecuencias de audio altas, normalmente Altas frecuencias hasta 100 kHz. El nombre se deriva de los sonidos agudos que emiten algunos pájaros (tweets), especialmente en contraste con los ladridos graves de muchos perros, que dan nombre a los controladores de baja frecuencia (woofers).
Operación
Casi todos los tweeters son controladores electrodinámicos que utilizan una bobina de voz suspendida dentro de un campo magnético fijo. Estos diseños funcionan aplicando corriente desde la salida de un circuito amplificador a una bobina de alambre llamada bobina de voz. La bobina de voz produce un campo magnético variable, que trabaja contra el campo magnético fijo de un imán permanente alrededor del cual está suspendida la bobina de voz cilíndrica, forzando a la bobina de voz y al diafragma adjunto a moverse. Este movimiento mecánico se asemeja a la forma de onda de la señal electrónica suministrada desde la salida del amplificador a la bobina móvil. Dado que la bobina está unida a un diafragma, el movimiento vibratorio de la bobina móvil se transmite al diafragma; el diafragma, a su vez, hace vibrar el aire, creando así movimientos de aire u ondas de audio, que se escuchan como sonidos agudos.
Los tweeters modernos suelen ser diferentes de los tweeters más antiguos, que solían ser versiones pequeñas de los woofers. A medida que avanza la tecnología de los tweeters, se han popularizado diferentes aplicaciones de diseño. Muchos diafragmas de tweeter de cúpula blanda están termoformados a partir de una película de poliéster, seda o tela de poliéster impregnada con una resina polimérica. Los tweeters de cúpula dura suelen estar hechos de aluminio, aleaciones de aluminio y magnesio o titanio.
Los tweeters están destinados a convertir una señal eléctrica en movimiento de aire mecánico sin agregar ni restar nada, pero el proceso es imperfecto y los tweeters del mundo real implican compensaciones. Entre los desafíos en el diseño y la fabricación de tweeters se encuentran: proporcionar una amortiguación adecuada para detener rápidamente el movimiento del domo cuando finaliza la señal; asegurando la linealidad de la suspensión, permitiendo un alto rendimiento en el extremo inferior de su rango de frecuencia; asegurando la libertad de contacto con el conjunto del imán, manteniendo el domo centrado mientras se mueve; y proporcionando un manejo de potencia adecuado sin agregar masa excesiva.
Los tweeters también pueden funcionar en colaboración con los woofers que se encargan de generar las bajas frecuencias o graves.
Algunos tweeters se sientan fuera del recinto principal en su propia unidad semiindependiente. Los ejemplos incluyen "super tweeters" y la novela "tweeter de huevo" por Ohm. Este último se enchufa y gira para ajustar el campo de sonido según la posición del oyente y la preferencia del usuario. La separación del deflector se considera óptima según la teoría de que el deflector más pequeño posible es óptimo para los tweeters.
Alcance
La mayoría de los tweeters están diseñados para reproducir frecuencias hasta el límite superior formalmente definido del rango auditivo humano (normalmente se indica como 20 kHz); algunos operan a frecuencias de hasta aproximadamente entre 5 kHz y 20 kHz. Los tweeters con un mayor rango superior se han diseñado para pruebas psicoacústicas, para audio digital de rango extendido como Super Audio CD destinado a audiófilos, para biólogos que realizan investigaciones sobre la respuesta animal a los sonidos y para sistemas de sonido ambiental en zoológicos. Se han fabricado tweeters de cinta que pueden reproducir 80 kHz e incluso 100 kHz.
Materiales de la cúpula
Todos los materiales de cúpula tienen ventajas y desventajas. Tres propiedades que los diseñadores buscan en los domos son baja masa, alta rigidez y buena amortiguación. Celestion fue el primer fabricante en fabricar tweeters de cúpula de metal, cobre. En la actualidad se utilizan otros metales como el aluminio, el titanio, el magnesio y el berilio, así como diversas aleaciones de los mismos, tanto ligeros como rígidos pero de baja amortiguación; sus modos resonantes ocurren por encima de 20 kHz. También se están utilizando materiales más exóticos, como el diamante sintético, por su extrema rigidez. La película de tereftalato de polietileno y la seda tejida sufren menos zumbidos, pero no son tan rígidos, lo que puede limitar su salida de muy alta frecuencia.
En general, los tweeters de cúpula más pequeños brindan una mayor dispersión del sonido en las frecuencias más altas. Sin embargo, los tweeters de cúpula más pequeños tienen menos área de radiación, lo que limita su salida en el extremo inferior de su rango; y tienen bobinas de voz más pequeñas, lo que limita su potencia de salida general.
Ferrofluido
El ferrofluido es una suspensión de partículas magnéticas de óxido de hierro muy pequeñas (normalmente 10 nm) en un líquido de muy baja volatilidad, normalmente un aceite sintético. Una amplia gama de variantes de viscosidad y densidad magnética permite a los diseñadores agregar amortiguación, enfriamiento o ambos. Ferrofluid también ayuda a centrar la bobina de voz en el espacio magnético, lo que reduce la distorsión. El fluido generalmente se inyecta en el espacio magnético y se mantiene en su lugar gracias al fuerte campo magnético. Si un altavoz de agudos ha sido sometido a niveles elevados de potencia, se produce cierto espesamiento del ferrofluido, ya que una parte del líquido portador se evapora. En casos extremos, esto puede degradar la calidad del sonido y el nivel de salida de un tweeter, y se debe quitar el líquido e instalar uno nuevo.
Aplicaciones de sonido profesional
Los tweeters diseñados para aplicaciones de refuerzo de sonido e instrumentos musicales son muy similares a los tweeters de alta fidelidad, aunque generalmente no se les conoce como tweeters, sino como "controladores de alta frecuencia". Las diferencias clave en los requisitos de diseño son: montajes construidos para envío y manejo repetidos, controladores a menudo montados en estructuras de bocina para proporcionar niveles de sonido más altos y un mayor control de la dispersión del sonido, y bobinas de voz más robustas para soportar los niveles de potencia más altos que normalmente se encuentran. Los controladores de alta frecuencia en las bocinas PA a menudo se denominan "controladores de compresión" del modo de acoplamiento acústico entre el diafragma del conductor y la garganta de la bocina.
Se utilizan varios materiales en la construcción de diafragmas de motores de compresión, incluidos titanio, aluminio, tela impregnada de fenólico, poliimida y película de PET, cada uno con sus propias características. El diafragma está pegado a un molde de bobina de voz, generalmente hecho de un material diferente al de la cúpula, ya que debe soportar el calor sin rasgarse o cambiar dimensionalmente de manera significativa. La película de poliimida, Nomex y fibra de vidrio son populares para esta aplicación. La suspensión puede ser una continuación del diafragma y está pegada a un anillo de montaje, que puede encajar en una ranura, sobre pasadores de ubicación o sujetarse con tornillos para metales. El diafragma generalmente tiene forma de cúpula invertida y se carga en una serie de canales cónicos en una estructura central llamada conector de fase, que iguala la longitud del camino entre varias áreas del diafragma y la garganta de la bocina, evitando cancelaciones acústicas entre diferentes puntos en el superficie del diafragma. El enchufe de fase sale a un tubo cónico, que forma el comienzo de la bocina misma. Esta garganta que se expande lentamente dentro del conductor continúa en la llamarada de la bocina. La bengala de la bocina controla el patrón de cobertura o directividad y, como transformador acústico, agrega ganancia. Una combinación profesional de bocina y controlador de compresión tiene una sensibilidad de salida de entre 105 y 112 dB/vatio/metro. Esto es sustancialmente más eficiente (y menos peligroso térmicamente para una bobina de voz pequeña y anterior) que otra construcción de tweeter.
Tipos de tweeters
Tweeter de cono
Los tweeters de cono tienen el mismo diseño y forma básicos que un woofer con optimizaciones para operar a frecuencias más altas. Las optimizaciones suelen ser:
- un cono muy pequeño y ligero para que pueda moverse rápidamente;
- materiales de cono escogidos para la rigidez (por ejemplo, conos cerámicos en la línea de un fabricante), o buenas propiedades de amortiguación (por ejemplo, papel, seda o tela recubierta) o ambas;
- una suspensión (o araña) que es más rígida que para otros conductores, se necesita una flexibilidad sin necesidad de reproducción de alta frecuencia;
- pequeñas bobinas de voz (3/4 pulgadas es típico) y alambre de luz (delgada), lo que también ayuda al cono de tweeter moverse rápidamente.
Los tweeters de cono eran populares en los altavoces estéreo de alta fidelidad más antiguos diseñados y fabricados en las décadas de 1960 y 1970 como una alternativa al tweeter de cúpula (que se desarrolló a fines de la década de 1950). Los tweeters de cono de hoy suelen ser relativamente baratos, pero muchos de ellos en el pasado eran de alta calidad, como los fabricados por Audax/Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen y SEAS. Estos tweeters de cono vintage exhibieron una respuesta de frecuencia muy plana, baja distorsión, respuesta transitoria rápida, una frecuencia de resonancia baja y un suave diseño de transición de atenuación de graves.
Típico de la era de los años 60 y 70 era el "anillo fenólico" tweeters de cono, que exhiben una respuesta plana de 2000 a 15 000 Hz, baja distorsión y respuesta transitoria rápida. El CTS "anillo fenólico" El tweeter recibe su nombre del anillo de suspensión de borde de color naranja que tiene y que está hecho de fenólico. Se utilizó en muchas marcas y modelos de altavoces antiguos bien considerados, y era una unidad de precio medio.
Los tweeters de cono tienen una característica de dispersión más estrecha que es la misma que la de un woofer de cono. Muchos diseñadores, por lo tanto, creyeron que esto los convertía en una buena combinación con los woofers y los medios de cono, lo que permitía una excelente imagen estéreo. Sin embargo, el "punto dulce" creado por la estrecha dispersión de los tweeters de cono es pequeño. Los parlantes con tweeters de cono ofrecían la mejor imagen estéreo cuando se colocaban en las esquinas de la habitación, una práctica común en los años 50, 60 y principios de los 70.
Durante las décadas de 1970 y 1980, la introducción generalizada de discos para audiófilos de mayor calidad y la llegada del CD hicieron que el tweeter de cono perdiera popularidad porque los tweeters de cono rara vez superan los 15 kHz. Los audiófilos sintieron que los tweeters de cono carecían de la "transpirabilidad" de tweeters de cúpula u otros tipos. Sin embargo, muchos tweeters de cono de gama alta permanecieron en producción limitada por parte de Audax, JBL y SEAS hasta mediados de la década de 1980.
Los tweeters de cono ahora rara vez se usan en el uso moderno de alta fidelidad y se ven de forma rutinaria en aplicaciones de bajo costo, como altavoces de automóviles de fábrica, sistemas estéreo compactos y estéreos portátiles. Recientemente, algunos fabricantes de bocinas boutique han regresado a los tweeters de cono de alta gama, especialmente recreaciones de modelos de anillo fenólico CTS, para crear un producto con un sonido antiguo.
Tweeter de cúpula
Un tweeter de cúpula se construye conectando una bobina de voz a una cúpula (hecha de tela tejida, metal delgado u otro material adecuado), que se une al imán o a la placa superior a través de una suspensión de bajo cumplimiento. Estos tweeters generalmente no tienen un marco o una canasta, sino una placa frontal simple unida al ensamblaje del imán. Los tweeters de cúpula se clasifican por el diámetro de su bobina móvil y van desde 19 mm (0,75 pulgadas) hasta 38 mm (1,5 pulgadas). La gran mayoría de los tweeters de cúpula que se utilizan actualmente en los altavoces de alta fidelidad tienen un diámetro de 25 mm (1 pulgada).
Una variación es el radiador de anillo en el que la 'suspensión' del cono o cúpula se convierte en el principal elemento radiante. Estos tweeters tienen diferentes características de directividad en comparación con los tweeters de cúpula estándar.
Tweeter piezoeléctrico
Un tweeter piezoeléctrico (o piezoeléctrico) contiene un cristal piezoeléctrico acoplado a un diafragma mecánico. Se aplica una señal de audio al cristal, que responde flexionándose en proporción al voltaje aplicado a través de las superficies del cristal, convirtiendo así la energía eléctrica en mecánica.
La conversión de impulsos eléctricos en vibraciones mecánicas y la conversión de vibraciones mecánicas devueltas en energía eléctrica es la base de las pruebas ultrasónicas. El elemento activo es el corazón del transductor ya que convierte la energía eléctrica en energía acústica y viceversa. El elemento activo es básicamente una pieza de material polarizado (es decir, algunas partes de la molécula tienen carga positiva, mientras que otras partes de la molécula tienen carga negativa) con electrodos unidos a dos de sus caras opuestas. Cuando se aplica un campo eléctrico a través del material, las moléculas polarizadas se alinearán con el campo eléctrico, dando como resultado dipolos inducidos dentro de la estructura molecular o cristalina del material. Esta alineación de moléculas hará que el material cambie de dimensión. Este fenómeno se conoce como electroestricción. Además, un material permanentemente polarizado como el cuarzo (SiO2) o el titanato de bario (BaTiO3) producirá un campo eléctrico cuando el material cambie de tamaño como resultado de una fuerza mecánica impuesta. Este fenómeno se conoce como efecto piezoeléctrico.
Los tweeters piezoeléctricos rara vez se usan en audio de alta gama debido a su baja fidelidad, aunque aparecieron en algunos diseños de alta gama de finales de los años 70, como el Celef PE1 en el que se utilizaron como súper tweeter en combinación con un tweeter de cúpula convencional. A menudo se usan en juguetes, zumbadores, alarmas, gabinetes de altavoces de bajos, computadoras baratas o altavoces estéreo y bocinas PA.
Tweeter de cinta
Un tweeter de cinta utiliza un diafragma muy delgado (a menudo de aluminio, o tal vez una película de plástico metalizado) que soporta una bobina plana hecha con frecuencia por deposición de vapor de aluminio, suspendida en un campo magnético potente (normalmente proporcionado por imanes de neodimio) para reproducir frecuencias altas El desarrollo de los tweeters de cinta ha seguido más o menos el desarrollo de los micrófonos de cinta. La cinta es de un material muy liviano y, por lo tanto, capaz de una aceleración muy alta y una respuesta de alta frecuencia extendida. Tradicionalmente, las cintas han sido incapaces de producir un alto rendimiento (la razón principal es que los espacios magnéticos grandes conducen a un acoplamiento magnético deficiente). Pero las versiones de mayor potencia de los tweeters de cinta se están volviendo comunes en los sistemas de arreglo en línea de refuerzo de sonido a gran escala, que pueden servir a miles de audiencias. Son atractivos en estas aplicaciones ya que casi todos los tweeters de cinta exhiben inherentemente propiedades direccionales útiles, con una dispersión horizontal muy amplia (cobertura) y una dispersión vertical muy estrecha. Estos controladores se pueden apilar fácilmente en forma vertical, creando un arreglo en línea de alta frecuencia que produce altos niveles de presión de sonido mucho más lejos de las ubicaciones de los altavoces que los tweeters convencionales.
Tweeter magnético planar
Algunos diseñadores de altavoces utilizan un tweeter magnético plano, a veces llamado cuasi-cinta. Los tweeters magnéticos planos son generalmente menos costosos que los tweeters de cinta verdaderos, pero no son exactamente equivalentes ya que una cinta de lámina de metal es más liviana que el diafragma en un tweeter magnético plano y las estructuras magnéticas son diferentes. Por lo general, se utiliza una pieza delgada de película PET o plástico con un cable de bobina de voz que se extiende varias veces verticalmente sobre el material. La estructura magnética es menos costosa que la de los tweeters de cinta.
Tweeter electrostático
Un tweeter electrostático funciona con los mismos principios que un parlante electrostático de rango completo o un par de auriculares electrostáticos. Este tipo de altavoz emplea un diafragma delgado (generalmente de plástico y normalmente una película de PET), con un revestimiento conductor delgado, suspendido entre dos pantallas o láminas de metal perforadas, denominadas estatores.
La salida del amplificador impulsor se aplica al primario de un transformador elevador con un secundario con derivación central, y se aplica un voltaje muy alto, de varios cientos a varios miles de voltios, entre la derivación central del transformador y el diafragma. La electrostática de este tipo incluye necesariamente una fuente de alimentación de alto voltaje para proporcionar el alto voltaje utilizado. Los estatores están conectados a los terminales restantes del transformador. Cuando se aplica una señal de audio al primario del transformador, los estatores se desfasan 180 grados eléctricamente, atrayendo y repeliendo alternativamente el diafragma.
Una forma poco común de hacer funcionar un parlante electrostático sin transformador es conectar las placas de un amplificador de tubo de vacío push-pull directamente a los estatores y el suministro de alto voltaje entre el diafragma y tierra.
La electrostática ha reducido la distorsión armónica de orden par debido a su diseño push-pull. También tienen una distorsión de fase mínima. El diseño es bastante antiguo (las patentes originales datan de la década de 1930), pero ocupa un segmento muy pequeño del mercado debido a los altos costos, la baja eficiencia, el gran tamaño para diseños de gama completa y la fragilidad.
Twitter AMT
El tweeter Air Motion Transformer funciona empujando el aire perpendicularmente desde el diafragma plisado. Su diafragma son los pliegues plegados de película (típicamente película de PET) alrededor de puntales de aluminio sostenidos en un fuerte campo magnético. En décadas pasadas, ESS de California produjo una serie de altavoces híbridos que usaban tales tweeters, junto con woofers convencionales, refiriéndose a ellos como transductores Heil en honor a su inventor, Oskar Heil. Son capaces de niveles de salida considerables y son bastante más resistentes que los electrostáticos o las cintas, pero tienen elementos móviles similares de baja masa.
La mayoría de los controladores AMT actuales que se usan en la actualidad son similares en eficiencia y respuesta de frecuencia a los diseños originales de Oskar Heil de la década de 1970.
Tweeter de bocina
Un tweeter de bocina es cualquiera de los tweeters anteriores acoplado a una estructura acampanada o de bocina. Las bocinas se utilizan para dos propósitos: controlar la dispersión y acoplar el diafragma del tweeter al aire para una mayor eficiencia. El tweeter, en cualquier caso, suele denominarse controlador de compresión y es bastante diferente de los tipos más comunes de tweeters (ver arriba). Usada correctamente, una bocina mejora la respuesta fuera del eje del tweeter controlando (es decir, reduciendo) la directividad del tweeter. También puede mejorar la eficiencia del tweeter acoplando la impedancia acústica relativamente alta del altavoz a la impedancia más baja del aire. Cuanto más grande sea la bocina, más bajas serán las frecuencias a las que puede funcionar, ya que las bocinas grandes proporcionan acoplamiento al aire a frecuencias más bajas. Existen diferentes tipos de bocinas, incluidas las de directividad radial y constante (CD). Los tweeters de bocina pueden tener un sonido algo 'diferente' firma sónica que los simples tweeters de cúpula. Las bocinas mal diseñadas, o las bocinas mal cruzadas, tienen problemas predecibles en la precisión de su salida y la carga que presentan al amplificador. Quizás preocupados por la imagen de bocinas mal diseñadas, algunos fabricantes usan tweeters cargados con bocina, pero evitan usar el término. Sus eufemismos incluyen "apertura elíptica" "Semicuerno" y "Directividad controlada". Estos son, sin embargo, una forma de carga de bocina.
Tweeter de plasma o de iones
Debido a que el gas ionizado está cargado eléctricamente y, por lo tanto, puede ser manipulado por un campo eléctrico variable, es posible utilizar una pequeña esfera de plasma como tweeter. Estos tweeters se denominan tweeter de plasma o tweeter de iones. Pueden ser más complejos que otros tweeters (no se requiere la generación de plasma en otros tipos), pero ofrecen la ventaja de que la masa en movimiento es óptimamente baja, si no relativamente sin masa y muy sensible a la entrada de señal. Los primeros modelos de estos tweeters no eran capaces de generar un alto rendimiento, ni de una reproducción de muy alta frecuencia, por lo que generalmente se usan en la garganta de una estructura de bocina para administrar niveles de salida utilizables. Una desventaja es que el arco de plasma puede producir ozono y NOx, gases venenosos, en pequeñas cantidades como subproducto. Debido a esto, Magnat "magnasphere" de fabricación alemana. Se prohibió la importación de altavoces a los Estados Unidos en la década de 1980. Cualquier diseño moderno utiliza catalizadores para reducir la producción de gas a cantidades insignificantes.
En el pasado, el fabricante dominante en EE. UU. era DuKane, cerca de St. Louis, que fabricaba el Ionovac; también se vende en una variante del Reino Unido como Ionophone. Electro-Voice hizo un modelo por un corto tiempo bajo licencia junto con DuKane del inventor Siegfried Klein. Estos primeros modelos eran meticulosos y requerían el reemplazo regular de la celda en la que se generaba el plasma (la unidad DuKane usaba una celda de cuarzo maquinada con precisión). Como resultado, eran unidades caras en comparación con otros diseños. Aquellos que han escuchado a los Ionovacs informan que, en un sistema de altavoces diseñado con sensatez, los agudos eran 'aireados' y muy detallado, aunque no fue posible un alto rendimiento.
En la década de 1980, el altavoz Plasmatronics también usaba un tweeter de plasma, aunque el fabricante no permaneció en el negocio por mucho tiempo y se vendieron muy pocas de estas unidades complejas.
Contenido relacionado
Lista de represas y embalses en Alemania
Acorazado italiano Giulio Cesare
Honda