Edita : Acustica BeymaAutor: Ricardo FerrandisDiseño: BruImprime: Engloba Depósito Legal: V-208-2001

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IntroducciónIntroducción

El interior de un automóvil, es un habitáculo difícil de sonorizar. Para alcanzar un altorendimiento es complejo encontrar una ubicación ideal de los altavoces. La pésimacolocación de los altavoces de origen, así como el precario tamaño de estos,hace que en muchas ocasiones nos resulte diificultoso conseguir un sonido ideal.

Con este manual pretendemos ayudar a comprender todos estos fenómenos pro-ducidos en el interior de un vehículo, que aún siendo cotidianos, desconocemoslas causas que los producen.

Para finalizar damos una pequeñas nociones para la construcción de filtros pasivosy cajas acústicas pues la tendencia del mercado hace que cada día su montajesea más común.

Muchas gracias por vuestro interés,Dto. Técnico car audio acústica beyma S.A.

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ÍndiceÍndice

CAPITULO I1- ¿ Que es el sonido ?2- Interferencias acústicas en el interior del vehículo

2.1-Constructivas2.2-Destructivas2.3-Ondas estacionarias

3- Emplazamiento de los altavoces4- La polaridad de los altavoces5- El altavoz electrodinámico6- Parámetros de un altavoz

6.1-Parámetros mínimos para el diseño de cajas6.2-Sistemas de sonido6.3-El tweeter

7- El subwoofer ¿por qué?7.1 -Emplazamiento7.2 -Efectos límites7.3 -Propagación y modulación7.4 -Acoplamiento

8- Tipos de bafles9- Elección de una caja10- Altavoces en cajas acústicas

10.1-Comparación entre los recintos acústicos mas corrientes11- El automóvil como entorno de audición

11.1 -Volumen ocupado por los altavoces11.2 -Acoplamiento simétrico e isobárico

12- Construcción de una caja12.1-Cálculo del los resonadores

13- Elección y emplazamiento de un cajón según el vehículo14- Los filtros

14.1 -Tipos 14.2 -Cálculo de filtros14.3 -Atenuación14.4 -Canal central

15- La importancia de un cableado en la instalación16- Tablas de cálculo y consulta.CAPITULO II17- Características y cubicaje de los altavoces beyma carCAPITULO III18- Esquemas de diferentes montajes típicos

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CAPITULO I

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1.¿Qué es el sonido?1.¿Qué es el sonido?

Nos gustaría antes de adentrarnos en el mundo del sonido explicar brevementealgunos conceptos técnicos en los cuales, el hecho de ser utilizados comúnmentenos hace que se dé por entendido su significado, cuando en muchas ocasiones sedesconoce su significado real.

Se da el nombre de frecuencia al numero de veces que algo se repite de unamanera periódica en un segundo . Un pasaje musical puede estar compuesto demuchas frecuencias, cada una de diferente amplitud.

El sonido tiene una medida internacional para medir su nivel, a esta unidad se lellama BelBel, en honor a Graham Bell. Al ser de una magnitud muy grande, normal-mente se emplea el decibel dB (o sea la décima parte).

El decibelio es la relación entre una presión acústica respecto a otra predetermi-nada o de referencia, ambas expresadas en la unidad de presión, el Pascal.Pascal.Normalmente se toma como referencia 20 micropascales que equivalen al umbralmínimo de audición, esto es 0 dB

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En el siguiente gráfico mostramos qué rango de frecuencias reproducen los instru-mentos más comunes, esto puede ser de gran ayuda para situarlos en la escenasonora cuando se ajuste un vehiculo.

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Las ondas sonoras se propagan a una velocidad fija, esto hace que si la distan-cia de la fuente (altavoz) a nuestro oído es grande se produzca un retardo hastaque el sonido llega a nuestro tímpano (recordemos lo del trueno y el rayo).

En un automóvil las distancias son muy cortas, por ello el tiempo de retardo es muypequeño, pero aún así, se da el efecto de que el conductor escucha más elaltavoz más próximo a él, por lo cual los altavoces están a menudo balanceadosal lado opuesto. Esto es debido a diferencias de fase en el punto de escucha y alos obstáculos que interfieren el nivel de presión sonora.

En la fig. 2 podéis apreciar la diferencia de tiempo de retardo.

figura 2

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La velocidad del sonido varía en función del medio y de las temperaturas en lasque se propague, por ejemplo:

material poroso 50m/saire a 0º 330m/saire a 20º 340m/saire a 23º 345m/s

Esto hace que algunos vehículos reproduzcan o absorban mejor o peor algunasfrecuencias, en función de sus tapizados, aislamientos, etc.

Por ejemplo, suponemos que habréis experimentado alguna vez que estandoalguna noche en un vehículo escuchando el equipo tranquilamente hayáis pen-sado, ¡ este equipo suena hoy mejor que nunca !, esto es debido posiblemente ala diferencia de humedad , temperatura y ruido ambiente.

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2. Interferencias acústicas en el interior de un vehículo2. Interferencias acústicas en el interior de un vehículo

Cuando dos o mas ondas se interfieren, puede ocurrir que se sumen o se cance-len en función de su fase y frecuencia.Este tipo de interferencias puede ser constructiva o destructiva.

2.1 Interferencia constructiva2.1 Interferencia constructiva se da cuando se encuentran dos ondas con lamisma frecuencia, fase y amplitud esto hace que se sumen causando un aumen-to de nivel sonoro.

2.2 Interferencia destructiva2.2 Interferencia destructiva ocurre cuando las ondas están desfasadas y alsumarse se produce una cancelación entre ellas.

Esto produce que muchas veces al ajustar un equipo de audio con un analizadorRTA se descubre algún valle en determinada frecuencia, aunque intentemos elimi-nar esta merma con un ecualizador no se consegue ninguna mejoría, incluso elresultado empeora.

El problema viene dado por una interferencia destructiva y probablemente consolo variar la dirección, o la fase de un determinado altavoz respecto a los otros selogra solucionar el problema.

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2.3 Ondas estacionarias2.3 Ondas estacionarias Existen otro tipo de interferencias llamadas estacionar-ias, estas se crean al rebotar entre dos superficies paralelas de manera que la fre-cuencia cuya longitud de onda coincida con la separación de las dos superficieso sea un multiplo de ellas se verá reforzada en algunos puntos y atenuada en otros.Esto ocasiona que la percepción del sonido cambie drásticamente en función delpunto de escucha.

En un automóvil se da ha menudo dos casos que crean estas situaciones:

1) Cuando por el tipo de montaje (bandeja trasera, salpicadero) el sonido es refle-jado en el cristal.

2) Ondas de baja frecuencia causadas por el limitado tamaño del habitáculo y porlas estructuras metálicas del vehiculo que dan lugar a la llamada resonancia decavidad.

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3- Emplazamiento de los altavoces3- Emplazamiento de los altavoces

Al diseñar un sistema de sonido de alto nivel, el emplazamiento de los altavocestiene un efecto muy importante sobre la imagen estéreo.Una disposición en eje (vertical) respecto al oyente nos dará una mayor calidadsonora. El instalar un sistema multivías en posición horizontal o vertical será un deter-minante de la calidad de la imagen estéreo. Os presentamos un ejemplo, situarosen casa, en un salón sentados en el centro con los altavoces frente a vosotros yorientados a este centro, se formaría una especie de semicírculo de unos 180º yel sonido estaría alineado con los oídos del oyente. Esto nos daría aproximada-mente los limites del campo que crearía una actuación en vivo.

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Si nos damos cuenta, una disposición horizontal ensancharía unos 20 grados elángulo de escucha. En un automóvil la posición de escucha fuera del centro repre-senta un problema grave pues produce un empobrecimiento de la imagen estéreoy en algún punto puede llegar a ser monoaural.

El sonido radiado desde un mismo eje vertical crea una mejor imagen estéreo,pues la separación entre los centros acústicos derecho e izquierdo es ideal.Aunque posiblemente la disposición horizontal crea un mejor foco de sonido, en unespacio de dimensiones considerables en el automóvil donde las distancias sonmínimas el resultado no es el esperado.

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4- La polaridad de los altavoces:4- La polaridad de los altavoces:

En un sistema de audio todos los altavoces deberían estar conectados en fase (esdecir que todos deberían moverse en el mismo sentido). Un cambio de polaridaden alguno de los altavoces puede empobrecer la imagen estéreo y si es en unwoofer el efecto es mayor aún porque hace que desaparezcan los graves.

Existen en el mercado unos comprobadores para la polaridad que generando unpulso que es reproducido por el altavoz y aplicando un micro a este nos detectansi esta es correcta o incorrecta.

Si no se dispone de este comprobador hay una manera muy sencilla de podercomprobar 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 , estedeberá desplazarse hacia fuera. Si es así, la polaridad es la correcta, si va al con-trario deberemos invertir los cables en la salida de audio. No es aconsejable com-probar los tweeter con este sistema.

En el caso de que se disponga de un subwoofer en el maletero , debemos probara conectarlo de las dos maneras, para ver cual es la que nos ofrece un mejorsonido. Esto es debido a que se produce un solapamiento de las frecuencias ypuede generar el efecto de que el subwoofer nos suene en el maletero o sedesplace a la parte frontal del vehículo.

Deberemos tener en cuenta que los filtros y circuitos electrónicos también puedenproducir un desfase en la señal, por ello aunque la polaridad sea la correcta enmuchos casos es conveniente cambiarla para mejorar el sonido.

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5- El altavoz electrodinámico5- El altavoz electrodinámico

El funcionamiento de un altavoz es muy simple, cuando aplicamos una señal eléc-trica a este, la bobina genera un campo magnético, al estar esta dentro de otrocampo magnético que es el del imán esto hace que se genere una fuerza quedesplazara la bobina en sentido perpendicular a este campo, desplazando asimis-mo el diafragma. Así pues al desplazarse la membrana de una determinada forma, se crearan unasvibraciones, o diferencias de presión del aire que serán propagadas hasta llegar anuestro oído.

A continuación os mostramos un altavoz seccionado para que podáis ver losdiferentes elementos que lo componen.

Seccionado de las partes que componen un altavoz

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6- Parámetros de un altavoz6- Parámetros de un altavoz

Parte de las características de un altavoz vienen definidas por unos parámetros lla-mados Thiele/Small y electro mecánicosA continuación vamos a describir brevemente estos parámetros:

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 comoindicador de las características de resonancia y amortiguación del altavoz

Vas - Compliancia (elasticidad) acústica del altavoz, expresada como un volu-men de aire teniendo la misma elasticidad que la suspensión del altavoz

Sd - Es la superficie efectiva del diafragma del altavoz

Vd - Volumen máximo de aire que el diafragma del altavoz puede desplazar

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

Sensibilidad - Es la presión acústica desarrollada por el altavoz medida gen-eralmente con un vatio ó 2.83v a una distancia de un metro

Re. - Es la resistencia de la bobina del altavoz

cms - Compliancia de las suspensiones del altavoz

Qms Factor de pérdidas mecánico

Resistencia rms - Resistencia mecánica

Qes - Factor de perdidas eléctricas

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

Rendimiento nº(eficiencia) - Nos indica la relación de transformación deenergía eléctrica en acústica

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Impedancia - Es la resistencia de la bobina del altavoz en AC

Le - - Inductancia de la bobina del altavoz

Factor bl - Es el factor de fuerza realizado por el motor del altavoz formado porel imán y la bobina

Mms - La masa móvil total incluyendo el aire que desplaza el cono enambos lados

6.1 Parámetros para el diseño de cajas acústica6.1 Parámetros para el diseño de cajas acústica De todos estos parámetrosque os hemos descrito, según el programa de diseño utilizado, serán nece-sarios solo algunos, que son básicos:

fsvasqtseficienciasensibilidad

Por supuesto cuando más datos utilizemos mas se podrá optimizar el cálculo de lacaja.

6.2 Sistemas de sonido 6.2 Sistemas de sonido Al diseñar un sistema de sonido de dos o tres vías, esmuy importante seleccionar bien el cruce de frecuencias para que los altavoces,woofers, medios y tweeter trabajen siempre dentro de su rango de trabajo óptimo.Estas especificaciones técnicas siempre vienen dadas por el fabricante, pero porregla general son desatendidas al realizar una instalación, es de gran importanciaprestar atención a estas especificaciones.

Por ejemplo un woofer que trabaje entre 25 y 800 hz nunca lo deberemos utilizarpara un kit delantero de dos vías, deberemos buscar un altavoz que como mínimotrabaje de 20 a 3000 hz y por supuesto lo deberemos cortar con un filtro adecua-do.

6.3 El tweeter 6.3 El tweeter Es la principal víctima de todo montaje, independientemente de lacalidad y la potencia de un tweeter, un 80% de las roturas se producen por mal fil-traje y no por potencia, como se suele pensar.Debemos tener en cuenta lo siguiente, los tweeters son altavoces destinados areproducir altas frecuencias de audio, aproximadamente de 2kh hasta 22kh, es porello que el material elegido para su construcción debe ser ligero para ofrecernos lamayor fidelidad posible al reproducir estas frecuencias.

Cuando a causa de un mal filtraje permitimos el paso de frecuencias medias obajas, estas hacen que la membrana del tweeter se desplace demasiado ydebido a la fina sección del hilo que compone la bobina, esta se corta. Esta esuna de las averías más típicas.A esto deberíamos añadir muchas veces la baja calidad y alta distorsión de losamplificadores seleccionados que es otra gran causa de roturas.Otro factor a tener en cuenta al seleccionar la frecuencia de corte es la pendientede atenuación del filtro (6 db, 12db o 18 db), puesto que cuando menor sea lapendiente mayor será el paso de frecuencias no deseadas y estaremos limitandomás la potencia que soportará el tweeter y tambien su duración, como mínimo serecomienda siempre el uso de filtros de 12 db para este tipo de altavoces.

En un filtro de tres vías por lo general la potencia se reparte aproximadamente dela siguiente forma. Aunque esto puede cambiar en función de las frecuencias decorte elegidas.

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

6.4 Protección de tweeters6.4 Protección de tweeters Existen en el mercado unos sistemas de protecciónpara los tweeters que también nos pueden ayudar a proteger estos delicados altavo-ces del mal uso y la saturación a la que algunos usuarios los hacen trabajar.

Un ejemplo es el ftx 1p de beyma, que intercalado en serie con el tweeter cuan-do detecta un aumento excesivo de corriente, recorta el paso de la señal impidi-endo así que la bobina sufra y pueda cortarse .

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7- El subwoofer ¿por qué?El subwoofer ¿por qué?

Probablemente la mejor opción que disponemos para aumentar el rendimientode un equipo de audio es añadir un subwoofer. Estos proporcionan a un equipode audio la pegada y profundidad en graves que los altavoces normales no repro-ducen.

En el interior de un automóvil, la importancia de un subwoofer es mayor, puesdebido a los ruidos generados por el vehículo en movimiento, la absorción de losmateriales y el ruido ambiente, las frecuencias por debajo de unos 100 hz quedanenmascaradas. Si a esto añadimos que el oído humano también es menos sensi-ble a las frecuencias bajas que a las medias y altas veremos que la importancia deun subwoofer es clara.

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7.1Emplazamiento del subwoofer7.1Emplazamiento del subwoofer Si disponemos de un cajón de graves en elmaletero de un vehículo, apreciaremos que suena diferente (más grave o menos)según donde se emplace. Estas diferencias, aumentan si el mismo cajón se prue-ba en dos coches diferentes. Todo esto tiene su explicación: a este efecto se lellama “carga”.

Como ya se explicó anteriormente, en un vehículo el emplazamiento de losaltavoces afecta la respuesta en frecuencia y la imagen. Con los subwoofersocurre lo mismo. Aunque en estos no sea fundamental el tamaño del habitáculo,si hay algunos factores que nos pueden favorecer.

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

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En los siguientes ejemplos podemos observar el efecto de un subwoofer instaladoen la bandeja de un vehículo. Con el maletero cerrado los graves son profundosy al abrirlo la carga cambia drasticamente .

7.2 Efectos límites7.2 Efectos límites El lugar donde coloquemos el subwoofer en el maletero de unvehículo puede tener una influencia drástica en el resultado de la potencia acústi-ca. Si este está ubicado en el centro, pegado a la pared, puede aumentar 3 db lapotencia, si lo desplazamos a un rincón podremos obtener 6 db; esto seria equiva-lente a aumentar 4 veces la potencia del amplificador. Si bien estos aumentosestarían limitados a determinadas frecuencias en función de su longitud de onda.

Este dibujo muestra la importancia del emplazamiento de un cajón de subgravesen un vehículo.

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7.3 Propagación y modulación7.3 Propagación y modulación Como en un automóvil, el habitáculo deescucha es muy pequeño, la distancia entre los altavoces genera efectos positivosy negativos. La intensidad del sonido es mayor porque estamos muy cerca de losaltavoces, pero la propagación de las bajas frecuencias es mas débil.

Al escuchar un equipo hi-fi , alejándonos de los altavoces apreciaremos que losgraves son mas profundos. Esto es debido a que las frecuencias viajan a una veloci-dad fija, y la distancia entre el altavoz y el oyente debería ser de al menos de un1/4 de la longitud de onda. Puesto que en ese punto tendremos un nivel máximode presión.

La formula para calcular la longitud de onda es la siguiente:

l = v / f

Donde : 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 sub-woofer, debe mover una cantidad de aire suficiente para que se provoque uncambio “ambiental” de la presión del aire en función de la frecuencia. Esto haceque nuestros oídos perciban las ondas sonoras. Las partículas de aire moduladastambién excitan otros sensores en nuestro cuerpo que nos hacen percibir las bajasfrecuencias.

Estos efectos por desgracia también modulan la estructura metálica del vehículo,dando lugar a vibraciones que distorsionan y enturbian la señal de audio.

7.4 Acoplamiento 7.4 Acoplamiento En las grabaciones de audio, por lo general las frecuenciasinferiores a 100 hz son grabadas en mono. Cuando en un automóvil coloquemosvarios subwoofers, podemos mejorar la eficiencia colocando los altavoces tancerca unos de otros como sea posible y calculando el cajón de forma que seacompartido por parejas. En algunos casos la eficiencia podría incrementarse enunos tres dB.

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Al ser una señal monofónica lo que queremos reproducir, si colocamos los altavo-ces lo mas juntos posible conseguiremos una mejor propagación de las ondassonoras.No ocurre lo mismo con las frecuencias media y agudas, debemos recordadsiempre cuando instalemos una bandeja de tres vías, colocar los altavoces degraves juntos en el centro, medios y agudos en los extremos para aumentar laescena musical y la separación estéreo.

8- Tipos de bafles8- Tipos de baflesTodos los altavoces emiten dos ondas acústicas, una frontal y otra posterior. Estasson iguales, pero opuestasen su fase. Por lo cual si estas ondas interfieren entre sise cancelarían mutuamente. Por este motivo deben ser aisladas para conseguirque solo una de ellas llegue a la zona de audición. La forma más sencilla de con-seguir esto es mediante una caja o bafle.

Bafle infinito Se le llama así cuando el altavoz dispone de una caja de grantamaño (normalmente cuando se instala en una bandeja trasera), de forma queesta influye en la menor medida posible en el altavoz. Este sistema de montaje esaconsejable para altavoces con parámetros que permitan utilizarlos a volúmeneselevados, con una baja fs (20-40 hz) y un alto qts (o, 5-1). Son los comúnmente lla-mados free air, y es aconsejable que la superficie donde estén sujetos sea lo másrígida posible y que esta no permita la comunicación entre el maletero y elhabitáculo de los pasajeros.

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9- Elección de una caja acústica9- Elección de una caja acústicaEn principio no se podría afirmar que tipo de caja es mejor que otra puesto quecada una es adecuada para un tipo de usuario o escucha especifica.La regla principal para diseñar una caja es que cuanto más simple sea la carga(bafle infinito, caja hermética), más lineal será la respuesta y la fase, y menor la pre-sión. Este tipo de bafle reproduce un sonido más fiel al original, puesto que tieneuna respuesta más rápida y ocasionara un menor cansancio de audición. Estacaja es aconsejable para tipos de música mas lineal, por ejemplo los puristas yamantes de la música clásica.Si se elige una caja de carga mas compleja (reflex, isobárica) la respuesta a tran-sitorios y la calidad del sonido empeorará, por el contrario obtendremos una mejorrespuesta en frecuencia y una menor distorsión de intermodulación. El sonido serámás dinámico y menos natural. Este tipo de caja es más aconsejable para tiposde música con mas contenido en bajas frecuencias como por ejemplo la músicapop y disco.

Al elegir un tipo de caja, se debe tener en cuenta que en una cerrada, el altavozestá mas controlado, la excursión del cono es menor, y por lo tanto la vida delaltavoz con usuarios mas agresivos, puede ser más larga.

En el dibujo siguiente se muestran los modelos de cajas acústicas mas comunmenteutilizados.

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10- Altavoces en cajas acústicas10- Altavoces en cajas acústicasPor regla general obtendremos mejores resultados si utilizamos un altavoz montadoen una caja acústica que en una bandeja. Esto es debido a que el volumen delespacio de carga es mucho más rígido que el del maletero, además nos permitecalcular aproximadamente el rendimiento acústico y esto aumenta la posibilidadde conseguir un resultado satisfactorio. Por el contrario presenta la desventaja dereducir el espacio libre en el maletero del automóvil.

Caja hermética Es el tipo de caja más sencilla de construir, puesto que lo úniconecesario es instalar el altavoz en una caja hermética con unos determinados litros.

Ventajas: excelente control del altavozgestión de potencia adecuada a todas las frecuenciasdiseño simplerecinto acústico pequeñoalta admisión de potenciasonido mas real y más agradable de escucha

Desventajas: menor presión sonora en frecuencias bajasrequiere mas potenciapunto de corte (- 3 dB ) alto

Cuando menor sea el volumen de carga, perderemos eficacia en bajas frecuen-cias y ganaremos en la gama de medios graves, además necesitaremos maspotencia para alcanzar el mismo nivel de presión en las frecuencias graves. Losaltavoces que mejor se adaptan a este tipo de caja son los que poseen un qts noinferior a 0.5 y una fs baja, alrededor de 30-50 hz

caja cerrada

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Caja acústica reflex La diferencia entre una caja hermética y una reflex consisteen incorporar a la segunda un tubo de un diámetro y longitud adecuados. Estaabertura es un resonador acústico, utilizando el aire de su interior como un muelleque hace que el volumen de aire de la caja y la masa del cono del altavoz resue-nen a una frecuencia determinada. En esa frecuencia el movimiento del cono esmínimo y prácticamente, todo el sonido es producido por el tubo reflex.

Ventajasmejor rendimiento que la hermética ( aprox. 3 d B )spl máximo mas elevado en frecuencias próximas a la fsrespuesta en frecuencia más ancha y ajustable

Desventajas: diseño más complejopeor control del cono

Si se busca una respuesta mas amortiguada y rápida, se puede reducir la frecuen-cia de trabajo aumentando la longitud del tubo. Si lo acortamos se producirá unaresonancia mas marcada.Los altavoces más idóneos para este tipo de cajas deben poseer unas frecuenciasde 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 dela parte posterior es una caja reflex optimizada y el lado frontal trabaja como cajahermética en la de cuarto orden y como reflex en la de sexto orden. En este sis-tema el altavoz no radia directamente sino que actúa sobre los resonadores. Lacurva que obtendremos será en forma de campana con una pendiente de 24db/oct en el caso de la simétrica y de 36 db/oct en la de sexto ordenTeóricamente estos sistemas son los mejores a la hora de construir un cajón de sub-graves, tienen un mayor control del diafragma del altavoz, prácticamente se aut-ofiltran (no es necesario añadir un filtro pasivo de calidad).Los altavoces mas adecuados para la carga simétrica suelen tener la fo entre los20 y 80 hz y un qts entre 0,25 y 0,45. Para el sistema reflex doble se requiere una fssimilar, pero el qts deberá ser mas bajo para compensar la pérdida de atenuacióndebida a la ausencia de una cámara hermética. Es aconsejable en estas cajas lamínima utilización de aislante acústico.

Paso banda de cuarto orden

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Paso banda cuarto orden Ventajas

Pequeño volumen de cargabuena respuesta en frecuencialimitación del desplazamiento del conorespuesta paso-bajo parcialmentefiltrada

DesventajasEmisiones espureas en la respuestalo que hace necesario un filtro pasabajos con un corte igual al doble de la f3 y una pendiente de 18db

Paso banda a sexto ordenventajas

excelente control de desplazamientorespuesta pasa bajo filtradase pueden obtener altas presiones con altavoces de dimensiones reducidas

Desventajasvolumen de trabajo altoreducido control del cono por debajo de la frecuenciade trabajo mínima

Paso banda de sexto orden

10.1 Comparación entre los recintos acústicos más corrientes10.1 Comparación entre los recintos acústicos más corrientesA continuación vamos a mostraros algunos gráficos que os pueden ser de ayudapara comprender mas fácilmente las diferencias entre las diferentes configura-ciones de cajas:

En los gráficos reflex y doble, se aprecia que estas cargas no son capaces delimitar el desplazamiento del cono en las primeras zonas del espectro acústico,pordebajo de la frecuencia de trabajo es como si la caja estuviera abierta, por lo cualtoda la energía recibida por el altavoz se transforma en movimiento no productivo,y en un sobrecalentamiento de la bobina, sin producir sonido alguno. Por este moti-vo seria aconsejable que cuando se utilice este tipo de cajas se realice un filtradode estas frecuencias (subsonicas) con un pasa altos con una fc fc aproximadamenteigual a la mitad de la frecuencia de trabajo inferior y por supuesto nunca se debeutilizar un pasa bajos con corte inferior a la frecuencia de trabajo.

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11- El automóvil como entorno de audición11- El automóvil como entorno de audiciónEl diseño de cajas acústicas con programas de ordenador, se basa en unosparámetros cuyo significado ya hemos explicado

Pero estos parámetros se obtuvieron a partir de un modelo teórico de bafle infinito.Es por ello, que al diseñar un bafle, debemos pensar que el habitáculo delautomóvil posee un volumen definido y que por ello las condiciones de trabajo noserán las mismas.

En un automóvil, las paredes próximas a la fuente de sonido, pueden reflejar lasondas sonoras hacia el entorno de audición reforzando el nivel de escucha (comoya describimos anteriormente) aumentando este unos 6 db, aunque le añadentambién un retardo y por lo tanto un desfase.

Por lo tanto debéis tener en cuenta que el cajón diseñado resonaráen el automóvilcon un nivel de presión superior al simulado por ordenador para un bafle infinito,además la respuesta en frecuencia se vera ecualizada como se muestra en lossiguientes gráficos.

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11.1 Volumen ocupado por los altavoces11.1 Volumen ocupado por los altavocesCuando calculemos las dimensiones de una caja, siempre debemos referirnos alvolumen interno. Si añadiésemos algún cuerpo sólido en su interior, siempre debe-mos restar el volumen ocupado por este. No debemos olvidar por tanto el volumenocupado por el imán chasis y cono del altavoz.

V. interno = V caja + volumen del altavoz

También debemos considerar, si rellenamos el interior con fibra de vidrio, puestoque el efecto de esta es el contrario, o sea nos aumentaría artificialmente el volu-men, debido a que se reduciría la velocidad del aire.En el caso de que la caja sea reflex, este material se deberá emplear solo en lasparedes de la caja, en planchas gruesas y el incremento que nos producirá, seráaproximadamente de un 15-20% del volumen total. Si por el contrario la caja va aser sellada, se deberá rellenar totalmente de fibra dejando un pequeño espaciolibre 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 simétrico e isobarico11.2 Acoplamiento simétrico e isobaricoA continuación presentamos otras dos configuraciones de montaje:

SimétricoSimétrico. Consiste en acoplar dos altavoces idénticos por la parte del cono. Losdos conos, orientados en sentido opuesta se desplazan en una misma dirección.Ventajas: Ventajas: eliminación de distorsiones

se reduce a la mitad el volumen de trabajoDesventajas:Desventajas: se pierden 6 db de eficiencia ya que solo radia uno de los conos

se duplica el coste para la misma presión

isobáricoisobárico. . Los altavoces deben ser idénticos pero se acoplan por la parte pos-terior en lugar de la frontal y deben ir enlazados por un volumen de aire.Dependiendo de si el enlace es simétrico o asimétrico tendremos las mismas ven-tajas e inconvenientes que en estos tipos de acoplamiento.

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12- Construcción de una caja12- Construcción de una cajaA continuación repasaremos unas nociones para la construcción de cajas acústicas:Para conseguir una calidad excepcional en la reproducción de las bajas frecuen-cias, la caja no debe añadir un enturbamiento de la señal con vibraciones nodeseadas. Por este motivo es importante construir las cajas con el mayor esmero yutilizando solo los materiales adecuados.

Para conseguir una caja rígida, es importante que el grosor del material sea comomínimo de 16-19 mm, debemos evitar que las paredes sean paralelas para evitarefectos rebote, y deben estar completamente selladas todas sus uniones.

Para su construcción podéis utilizar: madera aglomerada 19 mmcontrachapado varias capasfibra mdf (la mas compacta)

La fibra mdf también llamada iberpan o dm es la mejor opción debido a su eleva-da densidad.Las colas mas adecuadas son las típicas colas de carpintero. Deberemos sellar lasuniones también con silicona para garantizar que estas son completamente her-méticas.

Es mejor utilizar mechones de madera además de tornillos para el ensamblado delos paneles.

Es aconsejable también encolar o colocar una pequeña junta de goma entre elaltavoz y la madera antes de atornillarlo ya que así será mejor el contacto.

Para el relleno se puede utilizar la clásica fibra de vidrio o la de poliester y comomejor opción la de coton.

La sección del cable deberá ser de cómo mínimo 2.5mm y de gran flexibilidad.

Una caja de calidad se reconoce de inmediato si golpeamos uno de sus panelesel sonido debe ser seco y amortiguado, sin reverberaciones.

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12.1 Calculo del tubo Bass reflex12.1 Calculo del tubo Bass reflex

En las cajas Bass reflex el tubo o puerto es el encargado de sintonizar la frecuen-cia de resonancia de la caja. Según el tamaño de subwoofer el diámetro del tubodeberá tener unas dimensiones mínimas: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 cmVd= volumen neto de la caja en litrosFc=frecuencia de resonancia en hz

Ejemplo para la construcción de caja acústica

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13- Elección y emplazamiento del cajón según el vehículo13- Elección y emplazamiento del cajón según el vehículoEn primer lugar, elegiremos el tipo de caja según nuestras preferencias musicales yel tipo de vehículo, como se vio en el apartado elección de una caja acústica .Debemos tener en cuenta también los parámetros del altavoz y elegir el quemejores prestaciones tenga para este tipo de caja (no todos funcionan igual encaja cerrada que en Bass reflex). Para esto hay una formula de cálculo muy sencilla:

ebp = fs / qesebp = fs / qes

ebpebp es menor que 50 el cajón debe ser cerradoebp ebp esta entre 50 y 100 la caja puede ser cerrada o reflexebp ebp es mayor que 100 la caja debe ser reflex

Esto no quiere decir que os tengáis que ceñir a rajatabla, pero el rendimiento noserá el mismo.

Dependiendo de nuestros gustos musicales , para la música rock y disco normal-mente la caja será de dimensiones mas reducidas y la fs más alta, mientras que sibuscamos mas presión acústica en frecuencias bajas el volumen deberá ser mayory la fs más baja.

La ubicación idónea del subwoofer en coches pequeños con bandeja debería serla del cono orientado hacia el portón trasero, en vehículos sedan o de maleterosellado este debe ir en sentido contrario, es decir hacia los asientos pero guardan-do siempre una distancia con estos, en vehículos monovolumen la situación seriaen el respaldo del asiento trasero radiando hacia el portón. Para los vehículos enlos que el maletero va completamente sellado y la rigidez del metal es mayor, esaconsejable la construcción de una caja hermética o isobárica.si la caja fuesereflex ubicar la salida reflex si es posible en la bandeja del vehículo haciendo un ori-ficio en esta.

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14- Los filtros 14- Los filtros

¿Qué es un filtro?¿Qué es un filtro?Un filtro es un circuito que nos limita el paso de una señal , según su frecuencia, sufunción es la de dejar pasar unas determinadas frecuencias y frenar otras.

14.1 Tipos de filtros:14.1 Tipos de filtros:Pasivos.Pasivos.- Son filtros fabricados como su nombre indica con componentes pasivos,resistencias, condensadores, bobinas. Estos filtros no necesitan ser alimentados ypueden introducir perdidas debido a las tolerancias de los componentes, por elloes aconsejable la utilización de componentes de alta calidad en su fabricación.

ActivosActivos.- Están construidos con componentes activos, transistores, operacionales ynecesitan una alimentación externa a la señal de audio. Nos permiten modificarlas señales antes de amplificarlas y pueden incorporar también ecualizaciones ensus controles, así mismo permiten controlar el nivel de salida. Por desgracia tam-bién son más sensibles a las interferencias (parásitos) y suelen generar ruido defondo.

Digitales.Digitales.- Suelen usarse en reproductores de CD y procesadores de señal,modifican la señal manipulando la información digital.

A continuación vamos a estudiar el diseño de filtros pasivos, puesto que son los máscomúnmente utilizados.

Tipos de filtros pasivos:Tipos de filtros pasivos:Estos filtros se pueden dividir según la pendiente de atenuación que presenten, 6db, 12db, 18 db, etc., en los siguientes tipos.

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Filtro pasa altosFiltro pasa altos.- Es el que atenua el paso de las frecuencias inferiores al cruceseleccionado

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

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

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

14.2 Calculo de filtros14.2 Calculo de filtros

Filtros de 1er. OrdenFiltros de 1er. Orden.- Este filtro es el mas utilizado puesto que solo requiere doscomponentes para una configuración de 2 vías

Donde f3 es la frecuencia de cruce deseada, C y L son los valores de la capaci-dad y la inductancia y R la impedancia del altavoz.

Debo hacer hincapié en una cuestión muy importante, como hemos visto en laFórmula anterior la impedancia del altavoz afecta a la frecuencia de corte, por ellono debemos utilizar el mismo filtro para un altavoz de 4 ohmios, 8 ohmios etc., Asímismo no se debe utilizar un filtro de dos o tres vías y mas de 12 dB dejando algu-na de sus salidas sin carga, puesto que alteraríamos su funcionamiento.

En las paginas siguientes, os aportamos una relación de los valores de conden-sadores y resistencias necesarios según la frecuencia de corte deseada para quepodáis realizar vuestros propios filtros.

Filtros de 2º orden.Filtros de 2º orden.- En este tipo de filtros el diseño es más complejo pues serequieren dos componentes resistivos, estos componentes forman un circuito queprovoca una atenuación de las frecuencias fuera del pasabanda con una pendientede 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 pro-ducto de L y C. Por tanto es posible utilizar cualquier combinación de ambos val-ores siempre que nos de la frecuencia deseada . .Según esto, el comportamiento del filtro sería el mismo con unos valores que conotros, pero en la practica esto no es así. A esta diferencia que caracteriza larespuesta de los filtros se le denomina Q. ( factor de calidad )

La Q de un circuito nos define las características resonantes del mismo.Para cada valor diferente de la Q de un filtro las características de respuesta y faseson diferentes, por ello nos vamos a centrar solamente en el diseño de los dos tiposmas utilizados en las aplicaciones de car audio.

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Filtro butterworth:Filtro butterworth: este filtro se caracteriza por mantener una transferencia plana dela potencia, su pendiente de cruce es mas suave . Por ello será más efectivo enlas aplicaciones en las que el sonido nos llegue reflejado (salpicadero, bandejatrasera).

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

A la hora de diseñar un filtro, hay otro factor que debemos tener en cuenta.En una configuración de dos o tres vías, la sensibilidad de los altavoces no es lamisma, por ejemplo, el woofer tendrá 86 db, el medio 89 db y el tweeter 96, paraconseguir una respuesta equitativa en todas las frecuencias deberíamos atenuarlos altavoces que más sensibilidad tengan.

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14.3 Atenuación 14.3 Atenuación Hay dos maneras de atenuar un altavoz:

Atenuación en l.Atenuación en l.- Es el modo mas indicado de reducir el nivel, podemos calcularlos valores de las resistencias con la siguiente tabla en función de los db quedeseemos atenuar.

Un factor muy importante que también debemos tener en cuenta, es la potenciaque van a disipar las resistencias que vamos a utilizar.

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Atenuación en serie.Atenuación en serie.- Un altavoz se puede atenuar también simplementeañadiéndole una resistencia en serie. A continuación mostramos una tabla parapoder efectuar este cálculo.

En las últimas páginas de este manual podemos encontrar unas tablas de atenuacióncon los valores ya calculados para diferentes impedancias.

Filtros trimode.Filtros trimode.- En la actualidad y debido a que los amplificadores puedensoportar impedancias de trabajo por debajo de los 4 ohmios se están utilizandoun tipo de filtro llamado trimode, este es un filtro que trabaja en configuraciónestéreo 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 salidasestéreo filtradas a partir de 100 hz y una salida mono filtrada por debajo de los100 hz.Este tipo de filtros son muy útiles pues nos permiten añadir un subwoofer a una con-figuración de dos altavoces con una sola etapa de potencia de 2 salidas.

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14.4 Canal central14.4 Canal central

Otra variante de filtro de posible utilización es la del filtro pasa-banda para la con-strucción de un canal central.

El canal central normalmente esta formado por un altavoz de pequeño diámetroque normalmente va instalado en el salpicadero y es utilizado para mejorar la ima-gen estéreo y centrarnos el sonido. Este va conectado en puente con los canalesderecho e izquierdo para obtener la suma de ambos canales. También debe seratenuado para evitar que resalte sobre los otros altavoces. A continuaciónpodemos ver un diseño para una frecuencia entre unos 600 y 6000 hz, se puedenmodificar estos valores si deseamos otras frecuencias de trabajo.

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

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Al realizar el diseño de un filtro es mejor utilizar condensadores bipolares o poliestera ser posible y con un voltaje de 50 - 100 voltios como mínimo.Las bobinas a ser posible deben ser de núcleo de aire pues soportan mayor corri-ente y son menos sensibles a la saturación que se produce en las de núcleo deferrita y que da lugar a distorsiones molestas.

También debemos tener en cuenta que todos los filtros pasivos generan un des-fase de 90 grados si son de 6 db y de 180 grados si son de 12 db , por ello os acon-sejo que siempre probemos a desfasar los tweeter en un sistema de sonido paraver que manera suenan mejor (ojo todos los tweeters del vehículo deben tener lamisma fase).Lo mismo os ocurrirá cuando conectéis un subwoofer, si apreciamos que el graveno es lo bastante profundo debemos invertir la polaridad de este para ver si seaprecia alguna mejoría.

15- La importancia del cableado en una instalación15- La importancia del cableado en una instalación

Cuando realicemos la instalación de uno o varios amplificadores, un factor muyimportante para el éxito del montaje es la alimentación del equipo. Junto con lacapacidad de la batería del vehículo, la sección del cableado utilizado es pri-mordial. La sección del cable de alimentación que utilicemos debe ser capaz desoportar el paso de la corriente suficiente para alimentar al equipo.

Para calcular la sección necesaria hay dos factores primordiales, uno es la longituddel cable y el otro es la potencia total del equipo de audio. La formula utilizadapara este calculo es la siguiente:

i= potencia total (p1+p2+…pn) / 0.5 x 13,2i= 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 amplificadorv= 13,2 v voltaje nominal de la batería

Por ejemplo, si contamos con dos amplificadores en el vehículo, uno de cuatrocanales 4x100w =400w rms y otro para un subgrave de 2x300w=600w

I= 400+600 / 0,5 x 13,2 = 151,51 amperiosI= 400+600 / 0,5 x 13,2 = 151,51 amperios

Teniendo ya calculada la corriente total absorbida por el equipo y con tabla A queencontraremos en la página siguiente, podemos calcular la sección del cableadode alimentación. En Estados Unidos se utiliza una medida llamada awg awg (american wire gauge) con

la tabla B, podemos convertir la sección de mm2 a la medida de awg.awg.

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16 -Tablas de calculo y consulta16 -Tablas de calculo y consulta

Tabla de cálculo para cables de alimentaciónTabla de cálculo para cables de alimentación

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A

Tabla de conversión entre AGW y mmTabla de conversión entre AGW y mm

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B

Factores útiles de conversiónFactores útiles de conversión

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Dimensiónes de las cajasDimensiónes de las cajas

A continuación se indican algunas fórmulas que podrán ser útiles durante la fase dediseño de cajas para calcular su volumen total

Fórmulas para el cálculo del área

Fórmulas para el cálculo de volumen

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Cálculo de la atenuación para un altavozCálculo de la atenuación para un altavoz

Nota: Nota: La potencia de las resistenciasesta calculada para unos 50 watios, sila potencia suministrada es mayor sedebera aumentar la potencia deestas.

Tabla de valores para diseño de filtros Tabla de valores para diseño de filtros 2 Ohm2 Ohm

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

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Tabla de valores para diseño de filtros Tabla de valores para diseño de filtros 4 Ohm4 Ohm

NotaNota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado

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Tabla de valores para diseño de filtrosTabla de valores para diseño de filtros 8 Ohm8 Ohm

NotaNota : Estos valores deberán redondearse a los que existen en el mercado

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CAPITULO II

En este parte del libro aportamos todos los parámetros mecánicos y eléctricosnecesários para la construcción de los recintos acústicos idóneos para los altavo-ces de la serie Bass Xtreme y Metal Pro. Así mismo mostramos algunos ejemplospara la construcción de cajas. Estas medidas son orientativas, pueden modificarsetanto en altura como en anchura, siempre que el volumen final de la caja searespetado. Como os decíamos en el capítulo anterior debemos tener en cuenta elmodelo de altavoz a utilizar puesto que algunos funcionaran mejor en caja cerradaque reflex y a la inversa.