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Edita : Acustica Beyma Autor: Ricardo Ferrandis Diseño: Bru Imprime: Engloba Depósito Legal: V-208-2001

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Edita : Acustica Beyma Autor: Ricardo Ferrandis Diseo: Bru Imprime: Engloba Depsito Legal: V-208-2001

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Introduccin

El interior de un automvil, es un habitculo difcil de sonorizar. Para alcanzar un alto rendimiento es complejo encontrar una ubicacin ideal de los altavoces. La psima colocacin de los altavoces de origen, as como el precario tamao de estos, hace que en muchas ocasiones nos resulte diificultoso conseguir un sonido ideal. Con este manual pretendemos ayudar a comprender todos estos fenmenos producidos en el interior de un vehculo, que an siendo cotidianos, desconocemos las causas que los producen. Para finalizar damos una pequeas nociones para la construccin de filtros pasivos y cajas acsticas pues la tendencia del mercado hace que cada da su montaje sea ms comn.

Muchas gracias por vuestro inters, Dto. Tcnico car audio acstica beyma S.A.

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ndice

CAPITULO I 1- Que es el sonido ? 2- Interferencias acsticas en el interior del vehculo 2.1-Constructivas 2.2-Destructivas 2.3-Ondas estacionarias 3- Emplazamiento de los altavoces 4- La polaridad de los altavoces 5- El altavoz electrodinmico 6- Parmetros de un altavoz 6.1-Parmetros mnimos para el diseo de cajas 6.2-Sistemas de sonido 6.3-El tweeter 7- El subwoofer por qu? 7.1 -Emplazamiento 7.2 -Efectos lmites 7.3 -Propagacin y modulacin 7.4 -Acoplamiento 8- Tipos de bafles 9- Eleccin de una caja 10- Altavoces en cajas acsticas 10.1-Comparacin entre los recintos acsticos mas corrientes 11- El automvil como entorno de audicin 11.1 -Volumen ocupado por los altavoces 11.2 -Acoplamiento simtrico e isobrico 12- Construccin de una caja 12.1-Clculo del los resonadores 13- Eleccin y emplazamiento de un cajn segn el vehculo 14- Los filtros 14.1 -Tipos 14.2 -Clculo de filtros 14.3 -Atenuacin 14.4 -Canal central 15- La importancia de un cableado en la instalacin 16- Tablas de clculo y consulta. CAPITULO II 17- Caractersticas y cubicaje de los altavoces beyma car CAPITULO III 18- Esquemas de diferentes montajes tpicos

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CAPITULO I

1.Qu es el sonido?Nos gustara antes de adentrarnos en el mundo del sonido explicar brevemente algunos conceptos tcnicos en los cuales, el hecho de ser utilizados comnmente nos hace que se d por entendido su significado, cuando en muchas ocasiones se desconoce su significado real. Se da el nombre de frecuencia al numero de veces que algo se repite de una manera peridica en un segundo . Un pasaje musical puede estar compuesto de muchas frecuencias, cada una de diferente amplitud. El sonido tiene una medida internacional para medir su nivel, a esta unidad se le llama Bel, en honor a Graham Bell. Al ser de una magnitud muy grande, normalmente se emplea el decibel dB (o sea la dcima parte). El decibelio es la relacin entre una presin acstica respecto a otra predeterminada o de referencia, ambas expresadas en la unidad de presin, el Pascal. Normalmente se toma como referencia 20 micropascales que equivalen al umbral mnimo de audicin, esto es 0 dB

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En el siguiente grfico mostramos qu rango de frecuencias reproducen los instrumentos ms comunes, esto puede ser de gran ayuda para situarlos en la escena sonora cuando se ajuste un vehiculo.

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Las ondas sonoras se propagan a una velocidad fija, esto hace que si la distancia de la fuente (altavoz) a nuestro odo es grande se produzca un retardo hasta que el sonido llega a nuestro tmpano (recordemos lo del trueno y el rayo). En un automvil las distancias son muy cortas, por ello el tiempo de retardo es muy pequeo, pero an as, se da el efecto de que el conductor escucha ms el altavoz ms prximo a l, por lo cual los altavoces estn a menudo balanceados al lado opuesto. Esto es debido a diferencias de fase en el punto de escucha y a los obstculos que interfieren el nivel de presin sonora. En la fig. 2 podis apreciar la diferencia de tiempo de retardo.

figura

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La velocidad del sonido vara en funcin del medio y de las temperaturas en las que se propague, por ejemplo: material poroso 50m/s aire a 0 330m/s aire a 20 340m/s aire a 23 345m/s Esto hace que algunos vehculos reproduzcan o absorban mejor o peor algunas frecuencias, en funcin de sus tapizados, aislamientos, etc. Por ejemplo, suponemos que habris experimentado alguna vez que estando alguna noche en un vehculo escuchando el equipo tranquilamente hayis pensado, este equipo suena hoy mejor que nunca !, esto es debido posiblemente a la diferencia de humedad , temperatura y ruido ambiente.

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2. Interferencias acsticas en el interior de un vehculoCuando dos o mas ondas se interfieren, puede ocurrir que se sumen o se cancelen en funcin de su fase y frecuencia. Este tipo de interferencias puede ser constructiva o destructiva.

2.1 Interferencia constructiva se da cuando se encuentran dos ondas con lamisma frecuencia, fase y amplitud esto hace que se sumen causando un aumento de nivel sonoro.

2.2 Interferencia destructiva ocurre cuando las ondas estn desfasadas y alsumarse se produce una cancelacin entre ellas.

Esto produce que muchas veces al ajustar un equipo de audio con un analizador RTA se descubre algn valle en determinada frecuencia, aunque intentemos eliminar esta merma con un ecualizador no se consegue ninguna mejora, incluso el resultado empeora. El problema viene dado por una interferencia destructiva y probablemente con solo variar la direccin, o la fase de un determinado altavoz respecto a los otros se logra solucionar el problema.

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2.3 Ondas estacionarias Existen otro tipo de interferencias llamadas estacionarias, estas se crean al rebotar entre dos superficies paralelas de manera que la frecuencia cuya longitud de onda coincida con la separacin de las dos superficies o sea un multiplo de ellas se ver reforzada en algunos puntos y atenuada en otros. Esto ocasiona que la percepcin del sonido cambie drsticamente en funcin del punto de escucha.

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En un automvil se da ha menudo dos casos que crean estas situaciones: 1) Cuando por el tipo de montaje (bandeja trasera, salpicadero) el sonido es reflejado en el cristal.

2) Ondas de baja frecuencia causadas por el limitado tamao del habitculo y porlas estructuras metlicas del vehiculo que dan lugar a la llamada resonancia de cavidad.

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3- Emplazamiento de los altavocesAl disear un sistema de sonido de alto nivel, el emplazamiento de los altavoces tiene un efecto muy importante sobre la imagen estreo. Una disposicin en eje (vertical) respecto al oyente nos dar una mayor calidad sonora. El instalar un sistema multivas en posicin horizontal o vertical ser un determinante de la calidad de la imagen estreo. Os presentamos un ejemplo, situaros en casa, en un saln sentados en el centro con los altavoces frente a vosotros y orientados a este centro, se formara una especie de semicrculo de unos 180 y el sonido estara alineado con los odos del oyente. Esto nos dara aproximadamente los limites del campo que creara una actuacin en vivo.

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Si nos damos cuenta, una disposicin horizontal ensanchara unos 20 grados elngulo de escucha. En un automvil la posicin de escucha fuera del centro representa un problema grave pues produce un empobrecimiento de la imagen estreo y en algn punto puede llegar a ser monoaural. El sonido radiado desde un mismo eje vertical crea una mejor imagen estreo, pues la separacin entre los centros acsticos derecho e izquierdo es ideal. Aunque posiblemente la disposicin horizontal crea un mejor foco de sonido, en un espacio de dimensiones considerables en el automvil donde las distancias son mnimas el resultado no es el esperado.

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4- La polaridad de los altavoces:En un sistema de audio todos los altavoces deberan estar conectados en fase (es decir que todos deberan moverse en el mismo sentido). Un cambio de polaridad en alguno de los altavoces puede empobrecer la imagen estreo y si es en un woofer el efecto es mayor an porque hace que desaparezcan los graves. Existen en el mercado unos comprobadores para la polaridad que generando un pulso que es reproducido por el altavoz y aplicando un micro a este nos detectan si esta es correcta o incorrecta. Si no se dispone de este comprobador hay una manera muy sencilla de poder comprobar la polaridad. Aplicando el polo positivo de una pila de 1,5 v al cable + del altavoz y el negativo al cable -, observando el movimiento del cono , este deber desplazarse hacia fuera. Si es as, la polaridad es la correcta, si va al contrario deberemos invertir los cables en la salida de audio. No es aconsejable comprobar los tweeter con este sistema. En el caso de que se disponga de un subwoofer en el maletero , debemos probar a conectarlo de las dos maneras, para ver cual es la que nos ofrece un mejor sonido. Esto es debido a que se produce un solapamiento de las frecuencias y puede generar el efecto de que el subwoofer nos suene en el maletero o se desplace a la parte frontal del vehculo. Deberemos tener en cuenta que los filtros y circuitos electrnicos tambin pueden producir un desfase en la seal, por ello aunque la polaridad sea la correcta en muchos casos es conveniente cambiarla para mejorar el sonido.

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5- El altavoz electrodinmicoEl funcionamiento de un altavoz es muy simple, cuando aplicamos una seal elctrica a este, la bobina genera un campo magntico, al estar esta dentro de otro campo magntico que es el del imn esto hace que se genere una fuerza que desplazara la bobina en sentido perpendicular a este campo, desplazando asimismo el diafragma. As pues al desplazarse la membrana de una determinada forma, se crearan unas vibraciones, o diferencias de presin del aire que sern propagadas hasta llegar a nuestro odo. A continuacin os mostramos un altavoz seccionado para que podis ver los diferentes elementos que lo componen.

Seccionado de las partes que componen un altavoz

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6- Parmetros de un altavozParte de las caractersticas de un altavoz vienen definidas por unos parmetros llamados Thiele/Small y electro mecnicos A continuacin vamos a describir brevemente estos parmetros:

Fs

- Es la frecuencia de resonancia natural del altavoz

Qts - Es la q total del altavoz. Este es un factor de calidad que es usado como indicador de las caractersticas de resonancia y amortiguacin del altavoz Vas Sd Vd- Compliancia (elasticidad) acstica del altavoz, expresada como un volumen de aire teniendo la misma elasticidad que la suspensin del altavoz - Es la superficie efectiva del diafragma del altavoz - Volumen mximo de aire que el diafragma del altavoz puede desplazar

Xmax - La excursin de pico del altavoz (desplazamiento de la bobina).este es untermino muy importante, pues es uno de los factores que determina la capacidad de potencia elctrica del altavoz

Sensibilidad Re. cms

- Es la presin acstica desarrollada por el altavoz medida generalmente con un vatio 2.83v a una distancia de un metro - Es la resistencia de la bobina del altavoz - Compliancia de las suspensiones del altavoz

Qms Factor de prdidas mecnico Resistencia rms Qes- Resistencia mecnica

- Factor de perdidas elctricas

Rango frecuencias - Es el margen de frecuencias que es capaz de reproducirel altavoz

Rendimiento

n(eficiencia) - Nos indica la relacin de transformacin de

energa elctrica en acstica

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ImpedanciaLe

- Es la resistencia de la bobina del altavoz en AC

- Inductancia de la bobina del altavoz

Factor bl Mms

- Es el factor de fuerza realizado por el motor del altavoz formado por el imn y la bobina - La masa mvil total incluyendo el aire que desplaza el cono en

ambos lados

6.1 Parmetros para el diseo de cajas acstica De todos estos parmetros que os hemos descrito, segn el programa de diseo utilizado, sern necesarios solo algunos, que son bsicos:fs vas qts eficiencia sensibilidad Por supuesto cuando ms datos utilizemos mas se podr optimizar el clculo de la caja.

6.2 Sistemas de sonido Al disear un sistema de sonido de dos o tres vas, esmuy importante seleccionar bien el cruce de frecuencias para que los altavoces, woofers, medios y tweeter trabajen siempre dentro de su rango de trabajo ptimo. Estas especificaciones tcnicas siempre vienen dadas por el fabricante, pero por regla general son desatendidas al realizar una instalacin, es de gran importancia prestar atencin a estas especificaciones. Por ejemplo un woofer que trabaje entre 25 y 800 hz nunca lo deberemos utilizar para un kit delantero de dos vas, deberemos buscar un altavoz que como mnimo trabaje de 20 a 3000 hz y por supuesto lo deberemos cortar con un filtro adecuado.

6.3 El tweeter Es la principal vctima de todo montaje, independientemente de la calidad y la potencia de un tweeter, un 80% de las roturas se producen por mal filtraje y no por potencia, como se suele pensar. Debemos tener en cuenta lo siguiente, los tweeters son altavoces destinados a reproducir altas frecuencias de audio, aproximadamente de 2kh hasta 22kh, es por ello que el material elegido para su construccin debe ser ligero para ofrecernos la mayor fidelidad posible al reproducir estas frecuencias.

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Cuando a causa de un mal filtraje permitimos el paso de frecuencias medias o bajas, estas hacen que la membrana del tweeter se desplace demasiado y debido a la fina seccin del hilo que compone la bobina, esta se corta. Esta es una de las averas ms tpicas. A esto deberamos aadir muchas veces la baja calidad y alta distorsin de los amplificadores seleccionados que es otra gran causa de roturas. Otro factor a tener en cuenta al seleccionar la frecuencia de corte es la pendiente de atenuacin del filtro (6 db, 12db o 18 db), puesto que cuando menor sea la pendiente mayor ser el paso de frecuencias no deseadas y estaremos limitando ms la potencia que soportar el tweeter y tambien su duracin, como mnimo se recomienda siempre el uso de filtros de 12 db para este tipo de altavoces.

En un filtro de tres vas por lo general la potencia se reparte aproximadamente de la siguiente forma. Aunque esto puede cambiar en funcin de las frecuencias de corte elegidas.

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As podemos comprender que el motivo por el que se deterioran los tweeters,no es por lo general poque aguanten poca potencia, si no por lo expuesto anteriormente, distorsin y mal filtraje..

6.4 Proteccin de tweeters Existen en el mercado unos sistemas de proteccinpara los tweeters que tambin nos pueden ayudar a proteger estos delicados altavoces del mal uso y la saturacin a la que algunos usuarios los hacen trabajar. Un ejemplo es el ftx 1p de beyma, que intercalado en serie con el tweeter cuando detecta un aumento excesivo de corriente, recorta el paso de la seal impidiendo as que la bobina sufra y pueda cortarse .

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7- El subwoofer por qu?Probablemente la mejor opcin que disponemos para aumentar el rendimiento de un equipo de audio es aadir un subwoofer. Estos proporcionan a un equipo de audio la pegada y profundidad en graves que los altavoces normales no reproducen. En el interior de un automvil, la importancia de un subwoofer es mayor, pues debido a los ruidos generados por el vehculo en movimiento, la absorcin de los materiales y el ruido ambiente, las frecuencias por debajo de unos 100 hz quedan enmascaradas. Si a esto aadimos que el odo humano tambin es menos sensible a las frecuencias bajas que a las medias y altas veremos que la importancia de un subwoofer es clara.

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En la figura siguiente podemos observar la curva del ruido producido por un vehculo en movimiento .

7.1Emplazamiento del subwoofer Si disponemos de un cajn de graves en elmaletero de un vehculo, apreciaremos que suena diferente (ms grave o menos) segn donde se emplace. Estas diferencias, aumentan si el mismo cajn se prueba en dos coches diferentes. Todo esto tiene su explicacin: a este efecto se le llama carga. Como ya se explic anteriormente, en un vehculo el emplazamiento de los altavoces afecta la respuesta en frecuencia y la imagen. Con los subwoofers ocurre lo mismo. Aunque en estos no sea fundamental el tamao del habitculo, si hay algunos factores que nos pueden favorecer.

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En los siguientes ejemplos podemos observar el efecto de un subwoofer instalado en la bandeja de un vehculo. Con el maletero cerrado los graves son profundos y al abrirlo la carga cambia drasticamente .

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7.2 Efectos lmites El lugar donde coloquemos el subwoofer en el maletero de unvehculo puede tener una influencia drstica en el resultado de la potencia acstica. Si este est ubicado en el centro, pegado a la pared, puede aumentar 3 db la potencia, si lo desplazamos a un rincn podremos obtener 6 db; esto seria equivalente a aumentar 4 veces la potencia del amplificador. Si bien estos aumentos estaran limitados a determinadas frecuencias en funcin de su longitud de onda. Este dibujo muestra la importancia del emplazamiento de un cajn de subgraves en un vehculo.

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7.3 Propagacin y modulacin Como en un automvil, el habitculo de escucha es muy pequeo, la distancia entre los altavoces genera efectos positivos y negativos. La intensidad del sonido es mayor porque estamos muy cerca de los altavoces, pero la propagacin de las bajas frecuencias es mas dbil.Al escuchar un equipo hi-fi , alejndonos de los altavoces apreciaremos que los graves son mas profundos. Esto es debido a que las frecuencias viajan a una velocidad fija, y la distancia entre el altavoz y el oyente debera ser de al menos de un 1/4 de la longitud de onda. Puesto que en ese punto tendremos un nivel mximo de presin. La formula para calcular la longitud de onda es la siguiente:

l=v/fDonde : f=frecuencia v= velocidad del sonido (340m/s) l= longitud de onda

Las frecuencias mas bajas tienen una longitud de onda mayor. Es por lo que un subwoofer, debe mover una cantidad de aire suficiente para que se provoque un cambio ambiental de la presin del aire en funcin de la frecuencia. Esto hace que nuestros odos perciban las ondas sonoras. Las partculas de aire moduladas tambin excitan otros sensores en nuestro cuerpo que nos hacen percibir las bajas frecuencias. Estos efectos por desgracia tambin modulan la estructura metlica del vehculo, dando lugar a vibraciones que distorsionan y enturbian la seal de audio.

7.4 Acoplamiento En las grabaciones de audio, por lo general las frecuenciasinferiores a 100 hz son grabadas en mono. Cuando en un automvil coloquemos varios subwoofers, podemos mejorar la eficiencia colocando los altavoces tan cerca unos de otros como sea posible y calculando el cajn de forma que sea compartido por parejas. En algunos casos la eficiencia podra incrementarse en unos tres dB.

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Al ser una seal monofnica lo que queremos reproducir, si colocamos los altavoces lo mas juntos posible conseguiremos una mejor propagacin de las ondas sonoras. No ocurre lo mismo con las frecuencias media y agudas, debemos recordad siempre cuando instalemos una bandeja de tres vas, colocar los altavoces de graves juntos en el centro, medios y agudos en los extremos para aumentar la escena musical y la separacin estreo.

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8- Tipos de baflesTodos los altavoces emiten dos ondas acsticas, una frontal y otra posterior. Estas son iguales, pero opuestasen su fase. Por lo cual si estas ondas interfieren entre si se cancelaran mutuamente. Por este motivo deben ser aisladas para conseguir que solo una de ellas llegue a la zona de audicin. La forma ms sencilla de conseguir esto es mediante una caja o bafle.

Bafle infinito Se le llama as cuando el altavoz dispone de una caja de gran tamao (normalmente cuando se instala en una bandeja trasera), de forma que esta influye en la menor medida posible en el altavoz. Este sistema de montaje es aconsejable para altavoces con parmetros que permitan utilizarlos a volmenes elevados, con una baja fs (20-40 hz) y un alto qts (o, 5-1). Son los comnmente llamados free air, y es aconsejable que la superficie donde estn sujetos sea lo ms rgida posible y que esta no permita la comunicacin entre el maletero y el habitculo de los pasajeros.

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9- Eleccin de una caja acsticaEn principio no se podra afirmar que tipo de caja es mejor que otra puesto que cada una es adecuada para un tipo de usuario o escucha especifica. La regla principal para disear una caja es que cuanto ms simple sea la carga (bafle infinito, caja hermtica), ms lineal ser la respuesta y la fase, y menor la presin. Este tipo de bafle reproduce un sonido ms fiel al original, puesto que tiene una respuesta ms rpida y ocasionara un menor cansancio de audicin. Esta caja es aconsejable para tipos de msica mas lineal, por ejemplo los puristas y amantes de la msica clsica. Si se elige una caja de carga mas compleja (reflex, isobrica) la respuesta a transitorios y la calidad del sonido empeorar, por el contrario obtendremos una mejor respuesta en frecuencia y una menor distorsin de intermodulacin. El sonido ser ms dinmico y menos natural. Este tipo de caja es ms aconsejable para tipos de msica con mas contenido en bajas frecuencias como por ejemplo la msica pop y disco. Al elegir un tipo de caja, se debe tener en cuenta que en una cerrada, el altavoz est mas controlado, la excursin del cono es menor, y por lo tanto la vida del altavoz con usuarios mas agresivos, puede ser ms larga. En el dibujo siguiente se muestran los modelos de cajas acsticas mas comunmente utilizados.

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10- Altavoces en cajas acsticasPor regla general obtendremos mejores resultados si utilizamos un altavoz montado en una caja acstica que en una bandeja. Esto es debido a que el volumen del espacio de carga es mucho ms rgido que el del maletero, adems nos permite calcular aproximadamente el rendimiento acstico y esto aumenta la posibilidad de conseguir un resultado satisfactorio. Por el contrario presenta la desventaja de reducir el espacio libre en el maletero del automvil.

Caja hermtica Es el tipo de caja ms sencilla de construir, puesto que lo niconecesario es instalar el altavoz en una caja hermtica con unos determinados litros. Ventajas: excelente control del altavoz gestin de potencia adecuada a todas las frecuencias diseo simple recinto acstico pequeo alta admisin de potencia sonido mas real y ms agradable de escucha Desventajas: menor presin sonora en frecuencias bajas requiere mas potencia punto de corte (- 3 dB ) alto Cuando menor sea el volumen de carga, perderemos eficacia en bajas frecuencias y ganaremos en la gama de medios graves, adems necesitaremos mas potencia para alcanzar el mismo nivel de presin en las frecuencias graves. Los altavoces que mejor se adaptan a este tipo de caja son los que poseen un qts no inferior a 0.5 y una fs baja, alrededor de 30-50 hz

caja cerrada

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Caja acstica reflex La diferencia entre una caja hermtica y una reflex consiste en incorporar a la segunda un tubo de un dimetro y longitud adecuados. Esta abertura es un resonador acstico, utilizando el aire de su interior como un muelle que hace que el volumen de aire de la caja y la masa del cono del altavoz resuenen a una frecuencia determinada. En esa frecuencia el movimiento del cono es mnimo y prcticamente, todo el sonido es producido por el tubo reflex.Ventajas mejor rendimiento que la hermtica ( aprox. 3 d B ) spl mximo mas elevado en frecuencias prximas a la fs respuesta en frecuencia ms ancha y ajustable Desventajas: diseo ms complejo peor control del cono Si se busca una respuesta mas amortiguada y rpida, se puede reducir la frecuencia de trabajo aumentando la longitud del tubo. Si lo acortamos se producir una resonancia mas marcada. Los altavoces ms idneos para este tipo de cajas deben poseer unas frecuencias de resonancia, entre 20-80 hz y un qts no superior a 0.4.

caja reflex

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Paso banda de cuarto y sexto orden En estos dos tipo de carga, cada unode los lados del altavoz trabaja con su propio volumen. Normalmente la carga de la parte posterior es una caja reflex optimizada y el lado frontal trabaja como caja hermtica en la de cuarto orden y como reflex en la de sexto orden. En este sistema el altavoz no radia directamente sino que acta sobre los resonadores. La curva que obtendremos ser en forma de campana con una pendiente de 24 db/oct en el caso de la simtrica y de 36 db/oct en la de sexto orden Tericamente estos sistemas son los mejores a la hora de construir un cajn de subgraves, tienen un mayor control del diafragma del altavoz, prcticamente se autofiltran (no es necesario aadir un filtro pasivo de calidad). Los altavoces mas adecuados para la carga simtrica suelen tener la fo entre los 20 y 80 hz y un qts entre 0,25 y 0,45. Para el sistema reflex doble se requiere una fs similar, pero el qts deber ser mas bajo para compensar la prdida de atenuacin debida a la ausencia de una cmara hermtica. Es aconsejable en estas cajas la mnima utilizacin de aislante acstico.

Paso banda de cuarto orden

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Paso banda cuarto ordenVentajas Pequeo volumen de carga buena respuesta en frecuencia limitacin del desplazamiento del cono respuesta paso-bajo parcialmente filtrada Desventajas Emisiones espureas en la respuesta lo que hace necesario un filtro pasa bajos con un corte igual al doble de la f3 y una pendiente de 18db

Paso banda de sexto orden Paso banda a sexto orden ventajas excelente control de desplazamiento respuesta pasa bajo filtrada se pueden obtener altas presiones con altavoces de dimensiones reducidas Desventajas volumen de trabajo alto reducido control del cono por debajo de la frecuencia de trabajo mnima 37

10.1 Comparacin entre los recintos acsticos ms corrientesA continuacin vamos a mostraros algunos grficos que os pueden ser de ayuda para comprender mas fcilmente las diferencias entre las diferentes configuraciones de cajas:

En los grficos reflex y doble, se aprecia que estas cargas no son capaces de limitar el desplazamiento del cono en las primeras zonas del espectro acstico,por debajo de la frecuencia de trabajo es como si la caja estuviera abierta, por lo cual toda la energa recibida por el altavoz se transforma en movimiento no productivo, y en un sobrecalentamiento de la bobina, sin producir sonido alguno. Por este motivo seria aconsejable que cuando se utilice este tipo de cajas se realice un filtrado de estas frecuencias (subsonicas) con un pasa altos con una fc aproximadamente igual a la mitad de la frecuencia de trabajo inferior y por supuesto nunca se debe utilizar un pasa bajos con corte inferior a la frecuencia de trabajo.

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11- El automvil como entorno de audicinEl diseo de cajas acsticas con programas de ordenador, parmetros cuyo significado ya hemos explicado se basa en unos

Pero estos parmetros se obtuvieron a partir de un modelo terico de bafle infinito. Es por ello, que al disear un bafle, debemos pensar que el habitculo del automvil posee un volumen definido y que por ello las condiciones de trabajo no sern las mismas. En un automvil, las paredes prximas a la fuente de sonido, pueden reflejar las ondas sonoras hacia el entorno de audicin reforzando el nivel de escucha (como ya describimos anteriormente) aumentando este unos 6 db, aunque le aaden tambin un retardo y por lo tanto un desfase. Por lo tanto debis tener en cuenta que el cajn diseado resonaren el automvil con un nivel de presin superior al simulado por ordenador para un bafle infinito, adems la respuesta en frecuencia se vera ecualizada como se muestra en los siguientes grficos.

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11.1 Volumen ocupado por los altavocesCuando calculemos las dimensiones de una caja, siempre debemos referirnos al volumen interno. Si aadisemos algn cuerpo slido en su interior, siempre debemos restar el volumen ocupado por este. No debemos olvidar por tanto el volumen ocupado por el imn chasis y cono del altavoz. V. interno = V caja + volumen del altavoz Tambin debemos considerar, si rellenamos el interior con fibra de vidrio, puesto que el efecto de esta es el contrario, o sea nos aumentara artificialmente el volumen, debido a que se reducira la velocidad del aire. En el caso de que la caja sea reflex, este material se deber emplear solo en las paredes de la caja, en planchas gruesas y el incremento que nos producir, ser aproximadamente de un 15-20% del volumen total. Si por el contrario la caja va a ser sellada, se deber rellenar totalmente de fibra dejando un pequeo espacio libre tras el altavoz. Esto nos incrementara el volumen de la caja en un 20% aproximadamente , dependiendo de la densidad de la fibra.

11.2 Acoplamiento simtrico e isobaricoA continuacin presentamos otras dos configuraciones de montaje:

Simtrico. Consiste en acoplar dos altavoces idnticos por la parte del cono. Los dos conos, orientados en sentido opuesta se desplazan en una misma direccin. Ventajas: eliminacin de distorsiones se reduce a la mitad el volumen de trabajo Desventajas: se pierden 6 db de eficiencia ya que solo radia uno de los conos se duplica el coste para la misma presin isobrico.Los altavoces deben ser idnticos pero se acoplan por la parte posterior en lugar de la frontal y deben ir enlazados por un volumen de aire. Dependiendo de si el enlace es simtrico o asimtrico tendremos las mismas ventajas e inconvenientes que en estos tipos de acoplamiento.

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12- Construccin de una cajaA continuacin repasaremos unas nociones para la construccin de cajas acsticas: Para conseguir una calidad excepcional en la reproduccin de las bajas frecuencias, la caja no debe aadir un enturbamiento de la seal con vibraciones no deseadas. Por este motivo es importante construir las cajas con el mayor esmero y utilizando solo los materiales adecuados. Para conseguir una caja rgida, es importante que el grosor del material sea como mnimo de 16-19 mm, debemos evitar que las paredes sean paralelas para evitar efectos rebote, y deben estar completamente selladas todas sus uniones. Para su construccin podis utilizar: madera aglomerada 19 mm contrachapado varias capas fibra mdf (la mas compacta)

La fibra mdf tambin llamada iberpan o dm es la mejor opcin debido a su elevada densidad. Las colas mas adecuadas son las tpicas colas de carpintero. Deberemos sellar las uniones tambin con silicona para garantizar que estas son completamente hermticas. Es mejor utilizar mechones de madera adems de tornillos para el ensamblado de los paneles. Es aconsejable tambin encolar o colocar una pequea junta de goma entre el altavoz y la madera antes de atornillarlo ya que as ser mejor el contacto. Para el relleno se puede utilizar la clsica fibra de vidrio o la de poliester y como mejor opcin la de coton. La seccin del cable deber ser de cmo mnimo 2.5mm y de gran flexibilidad. Una caja de calidad se reconoce de inmediato si golpeamos uno de sus paneles el sonido debe ser seco y amortiguado, sin reverberaciones.

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Ejemplo para la construccin de caja acstica

12.1 Calculo del tubo Bass reflexEn las cajas Bass reflex el tubo o puerto es el encargado de sintonizar la frecuencia de resonancia de la caja. Segn el tamao de subwoofer el dimetro del tubo deber tener unas dimensiones mnimas: Altavoz de 8 ...................... 4 a 8 cm. Altavoz de 10..................... 6 a 10cm. Altavoz de 12..................... 8 a 15 cm. Altavoz de 15.....................10 a 15 cm. La formula para calcular el tubo reflex es la siguiente :

L=longitud del puerto en cm. D=diametro interior del puerto en cm Vd= volumen neto de la caja en litros Fc=frecuencia de resonancia en hz

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13- Eleccin y emplazamiento del cajn segn el vehculoEn primer lugar, elegiremos el tipo de caja segn nuestras preferencias musicales y el tipo de vehculo, como se vio en el apartado eleccin de una caja acstica . Debemos tener en cuenta tambin los parmetros del altavoz y elegir el que mejores prestaciones tenga para este tipo de caja (no todos funcionan igual en caja cerrada que en Bass reflex). Para esto hay una formula de clculo muy sencilla:

ebp = fs / qesebp es menor que 50 el cajn debe ser cerrado ebp esta entre 50 y 100 la caja puede ser cerrada o reflex ebp es mayor que 100 la caja debe ser reflex Esto no quiere decir que os tengis que ceir a rajatabla, pero el rendimiento no ser el mismo. Dependiendo de nuestros gustos musicales , para la msica rock y disco normalmente la caja ser de dimensiones mas reducidas y la fs ms alta, mientras que si buscamos mas presin acstica en frecuencias bajas el volumen deber ser mayor y la fs ms baja. La ubicacin idnea del subwoofer en coches pequeos con bandeja debera ser la del cono orientado hacia el portn trasero, en vehculos sedan o de maletero sellado este debe ir en sentido contrario, es decir hacia los asientos pero guardando siempre una distancia con estos, en vehculos monovolumen la situacin seria en el respaldo del asiento trasero radiando hacia el portn. Para los vehculos en los que el maletero va completamente sellado y la rigidez del metal es mayor, es aconsejable la construccin de una caja hermtica o isobrica.si la caja fuese reflex ubicar la salida reflex si es posible en la bandeja del vehculo haciendo un orificio en esta.

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14- Los filtrosQu es un filtro? Un filtro es un circuito que nos limita el paso de una seal , segn su frecuencia, su funcin es la de dejar pasar unas determinadas frecuencias y frenar otras.

14.1 Tipos de filtros:Pasivos.- Son filtros fabricados como su nombre indica con componentes pasivos, resistencias, condensadores, bobinas. Estos filtros no necesitan ser alimentados y pueden introducir perdidas debido a las tolerancias de los componentes, por ello es aconsejable la utilizacin de componentes de alta calidad en su fabricacin. Activos.- Estn construidos con componentes activos, transistores, operacionales y necesitan una alimentacin externa a la seal de audio. Nos permiten modificar las seales antes de amplificarlas y pueden incorporar tambin ecualizaciones en sus controles, as mismo permiten controlar el nivel de salida. Por desgracia tambin son ms sensibles a las interferencias (parsitos) y suelen generar ruido de fondo. Digitales.- Suelen usarse en reproductores de CD y procesadores de seal, modifican la seal manipulando la informacin digital. A continuacin vamos a estudiar el diseo de filtros pasivos, puesto que son los ms comnmente utilizados. Tipos de filtros pasivos: Estos filtros se pueden dividir segn la pendiente de atenuacin que presenten, 6 db, 12db, 18 db, etc., en los siguientes tipos.

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Filtro pasa altos.- Es el que atenua el paso de las frecuencias inferiores al cruce seleccionado

Filtros pasa bajos.- Es el que atenua el paso de las frecuencias superiores a las de cruce seleccionado .

Filtros pasabanda.- Son los que permiten el paso de frecuencias entre dos cortes, es decir son la unin de los dos anteriores.

Un filtro en funcin de su pendiente de corte puede ser calificado de 1er orden, 2 orden etc. como veremos en el apartado siguiente.

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14.2 Calculo de filtrosFiltros de 1er. Orden.- Este filtro es el mas utilizado puesto que solo requiere dos componentes para una configuracin de 2 vas

Donde f3 es la frecuencia de cruce deseada, C y L son los valores de la capacidad y la inductancia y R la impedancia del altavoz. Debo hacer hincapi en una cuestin muy importante, como hemos visto en la Frmula anterior la impedancia del altavoz afecta a la frecuencia de corte, por ello no debemos utilizar el mismo filtro para un altavoz de 4 ohmios, 8 ohmios etc., As mismo no se debe utilizar un filtro de dos o tres vas y mas de 12 dB dejando alguna de sus salidas sin carga, puesto que alteraramos su funcionamiento. En las paginas siguientes, os aportamos una relacin de los valores de condensadores y resistencias necesarios segn la frecuencia de corte deseada para que podis realizar vuestros propios filtros. Filtros de 2 orden.- En este tipo de filtros el diseo es ms complejo pues se requieren dos componentes resistivos, estos componentes forman un circuito que provoca una atenuacin de las frecuencias fuera del pasabanda con una pendiente de 12 db octava. La formula para el calculo de esta frecuencia es:

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Como se puede observar, la frecuencia de resonancia viene dada por el producto de L y C. Por tanto es posible utilizar cualquier combinacin de ambos valores siempre que nos de la frecuencia deseada . . Segn esto, el comportamiento del filtro sera el mismo con unos valores que con otros, pero en la practica esto no es as. A esta diferencia que caracteriza la respuesta de los filtros se le denomina Q. ( factor de calidad )

La Q de un circuito nos define las caractersticas resonantes del mismo. Para cada valor diferente de la Q de un filtro las caractersticas de respuesta y fase son diferentes, por ello nos vamos a centrar solamente en el diseo de los dos tipos mas utilizados en las aplicaciones de car audio.

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Filtro butterworth: este filtro se caracteriza por mantener una transferencia plana de la potencia, su pendiente de cruce es mas suave . Por ello ser ms efectivo en las aplicaciones en las que el sonido nos llegue reflejado (salpicadero, bandeja trasera).

Filtro linkwitz riley: la caracterstica de este filtro es que su respuesta en frecuencias es plana , tiene una pendiente de cruce mas abrupta y mayor rizado . Por ello es ms aconsejable en los casos en que el sonido nos llega directamente (puertas o montajes en eje).

A la hora de disear un filtro, hay otro factor que debemos tener en cuenta. En una configuracin de dos o tres vas, la sensibilidad de los altavoces no es la misma, por ejemplo, el woofer tendr 86 db, el medio 89 db y el tweeter 96, para conseguir una respuesta equitativa en todas las frecuencias deberamos atenuar los altavoces que ms sensibilidad tengan.

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14.3 AtenuacinHay dos maneras de atenuar un altavoz: Atenuacin en l.- Es el modo mas indicado de reducir el nivel, podemos calcular los valores de las resistencias con la siguiente tabla en funcin de los db que deseemos atenuar. Un factor muy importante que tambin debemos tener en cuenta, es la potencia que van a disipar las resistencias que vamos a utilizar.

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Atenuacin en serie.- Un altavoz se puede atenuar tambin simplemente aadindole una resistencia en serie. A continuacin mostramos una tabla para poder efectuar este clculo.

En las ltimas pginas de este manual podemos encontrar unas tablas de atenuacin con los valores ya calculados para diferentes impedancias.

Filtros trimode.- En la actualidad y debido a que los amplificadores puedensoportar impedancias de trabajo por debajo de los 4 ohmios se estn utilizando un tipo de filtro llamado trimode, este es un filtro que trabaja en configuracin estreo y mono a la vez y se compone de dos pasa altos y un pasa bajo. Un ejemplo es el modelo ASF2L de beyma, este filtro dispone de dos salidas estreo filtradas a partir de 100 hz y una salida mono filtrada por debajo de los 100 hz. Este tipo de filtros son muy tiles pues nos permiten aadir un subwoofer a una configuracin de dos altavoces con una sola etapa de potencia de 2 salidas.

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14.4 Canal centralOtra variante de filtro de posible utilizacin es la del filtro pasa-banda para la construccin de un canal central. El canal central normalmente esta formado por un altavoz de pequeo dimetro que normalmente va instalado en el salpicadero y es utilizado para mejorar la imagen estreo y centrarnos el sonido. Este va conectado en puente con los canales derecho e izquierdo para obtener la suma de ambos canales. Tambin debe ser atenuado para evitar que resalte sobre los otros altavoces. A continuacin podemos ver un diseo para una frecuencia entre unos 600 y 6000 hz, se pueden modificar estos valores si deseamos otras frecuencias de trabajo.

En este ejemplo la seal es atenuada con una resistencia de 20 Ohms. La respuesta de frecuencia est entre 600-6000 Hz

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Al realizar el diseo de un filtro es mejor utilizar condensadores bipolares o poliester a ser posible y con un voltaje de 50 - 100 voltios como mnimo. Las bobinas a ser posible deben ser de ncleo de aire pues soportan mayor corriente y son menos sensibles a la saturacin que se produce en las de ncleo de ferrita y que da lugar a distorsiones molestas. Tambin debemos tener en cuenta que todos los filtros pasivos generan un desfase de 90 grados si son de 6 db y de 180 grados si son de 12 db , por ello os aconsejo que siempre probemos a desfasar los tweeter en un sistema de sonido para ver que manera suenan mejor (ojo todos los tweeters del vehculo deben tener la misma fase). Lo mismo os ocurrir cuando conectis un subwoofer, si apreciamos que el grave no es lo bastante profundo debemos invertir la polaridad de este para ver si se aprecia alguna mejora.

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15- La importancia del cableado en una instalacinCuando realicemos la instalacin de uno o varios amplificadores, un factor muy importante para el xito del montaje es la alimentacin del equipo. Junto con la capacidad de la batera del vehculo, la seccin del cableado utilizado es primordial. La seccin del cable de alimentacin que utilicemos debe ser capaz de soportar el paso de la corriente suficiente para alimentar al equipo. Para calcular la seccin necesaria hay dos factores primordiales, uno es la longitud del cable y el otro es la potencia total del equipo de audio. La formula utilizada para este calculo es la siguiente: i= potencia total (p1+p2+pn) / 0.5 x 13,2 Donde i= corriente absorbida por el equipo (p1+p2+pn) n= 0,5. Rendimiento del amplificador v= 13,2 v voltaje nominal de la batera Por ejemplo, si contamos con dos amplificadores en el vehculo, uno de cuatro canales 4x100w =400w rms y otro para un subgrave de 2x300w=600w I= 400+600 / 0,5 x 13,2 = 151,51 amperios Teniendo ya calculada la corriente total absorbida por el equipo y con tabla A que encontraremos en la pgina siguiente, podemos calcular la seccin del cableado de alimentacin. En Estados Unidos se utiliza una medida llamada awg (american wire gauge) con la tabla B, podemos convertir la seccin de mm2 a la medida de awg.

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16 -Tablas de calculo y consulta

A

Tabla de clculo para cables de alimentacin

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B

Tabla de conversin entre AGW y mm

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Factores tiles de conversin

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Dimensines de las cajas A continuacin se indican algunas frmulas que podrn ser tiles durante la fase de diseo de cajas para calcular su volumen total Frmulas para el clculo del rea

Frmulas para el clculo de volumen

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Clculo de la atenuacin para un altavoz

Nota: La potencia de las resistencias esta calculada para unos 50 watios, si la potencia suministrada es mayor se debera aumentar la potencia de estas.

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Tabla de valores para diseo de filtros 2 Ohm

Nota : Estos valores debern redondearse a los que existen en el mercado.

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Tabla de valores para diseo de filtros 4 Ohm

Nota : Estos valores debern redondearse a los que existen en el mercado

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Tabla de valores para diseo de filtros

8 Ohm

Nota : Estos valores debern redondearse a los que existen en el mercado

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CAPITULO II

En este parte del libro aportamos todos los parmetros mecnicos y elctricos necesrios para la construccin de los recintos acsticos idneos para los altavoces de la serie Bass Xtreme y Metal Pro. As mismo mostramos algunos ejemplos para la construccin de cajas. Estas medidas son orientativas, pueden modificarse tanto en altura como en anchura, siempre que el volumen final de la caja sea respetado. Como os decamos en el captulo anterior debemos tener en cuenta el modelo de altavoz a utilizar puesto que algunos funcionaran mejor en caja cerrada que reflex y a la inversa.