(altavoz). Transductor electroacústico cuyo objetivo normal es radiar eficazmente potencia acústica a cierta distancia en el aire.

Altavoces (Loudspeakers)

Cómo funcionan los altavoces

• Suspensión (Surround)
• Cono (Cone)
• Tapa antipolvo (Dust cap)
• Bastidor (Frame)
• Imán (Magnet)
• Centrador (Spider)
• Bobina móvil (Voice coil)

Figura . Vista en sección transversal de un altavoz típico (typical loudspeaker), que muestra el cono (cone), la bobina móvil (voice coil) y el imán permanente (permanent magnet).

Un altavoz (loudspeaker) está compuesto principalmente por una bobina móvil (voice coil), que es una bobina de alambre de baja masa unida a un cono (cone) ligero y rígido. Cuando la bobina se mueve, desplaza el cono, que a su vez mueve el aire, generando sonido.

La bobina móvil se encuentra dentro de un campo magnético (magnetic field) producido por un imán permanente (permanent magnet). Este campo está orientado radialmente. Cuando una corriente eléctrica circula por la bobina, se genera una fuerza perpendicular tanto al conductor como al campo magnético.

Esta fuerza es aproximadamente proporcional a la corriente, lo que provoca el desplazamiento del cono hacia adelante o hacia atrás. Elementos mecánicos como la suspensión (surround) y el centrador (spider) actúan como un resorte, proporcionando una fuerza de restitución que devuelve el cono a su posición original.

El desplazamiento del cono es aproximadamente proporcional a la corriente aplicada, lo que permite convertir señales eléctricas en ondas sonoras. Este principio es la base del funcionamiento de la mayoría de los altavoces dinámicos.

En cuanto a la conexión eléctrica, el altavoz no tiene polaridad estricta, ya que funcionará independientemente de cómo se conecte la bobina. Sin embargo, al utilizar múltiples altavoces, la fase relativa es importante, ya que puede generar interferencias constructivas o destructivas en el sonido.

Desde el punto de vista eléctrico, el altavoz presenta una impedancia (impedance) que no es constante, sino que depende de la frecuencia. Aunque comúnmente se especifica un valor nominal (por ejemplo, 8 Ω), este valor varía con la frecuencia debido a la combinación de elementos resistivos, inductivos y capacitivos.

Los datos técnicos suelen incluir tanto la impedancia como la resistencia en corriente continua (DC resistance). En la práctica, el altavoz puede modelarse como un circuito equivalente que combina resistencia, inductancia y capacitancia.

En aplicaciones educativas o de laboratorio, es común utilizar altavoces de bajo costo con una potencia moderada (por ejemplo, 5 W) y diferentes valores de impedancia (4 Ω, 8 Ω o 16 Ω). Sin embargo, las especificaciones pueden variar según el fabricante.

En resumen, el altavoz es un transductor electroacústico que convierte señales eléctricas en sonido mediante la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético, generando movimiento mecánico en un cono que desplaza el aire.

Los altavoces pueden modelarse eléctricamente para analizar su comportamiento en diferentes condiciones de operación. Aunque su funcionamiento es electroacústico, desde el punto de vista de los circuitos se los representa mediante modelos equivalentes que combinan elementos como resistencia, inductancia y capacitancia.

El modelo más simple considera la bobina móvil (voice coil) como una resistencia en serie con una inductancia. La resistencia representa las pérdidas óhmicas del alambre, mientras que la inductancia refleja el efecto del campo magnético generado por la bobina.

Sin embargo, este modelo básico no es suficiente para describir completamente el comportamiento del altavoz, especialmente a bajas frecuencias. Para ello se emplean modelos más completos que incluyen elementos mecánicos equivalentes, como masa, rigidez y amortiguamiento.

El sistema mecánico del altavoz, compuesto por el cono, la suspensión y el aire circundante, puede representarse mediante un circuito equivalente donde:

• La masa del cono se modela como una inductancia.
• La elasticidad de la suspensión se representa como una capacitancia.
• Las pérdidas mecánicas se modelan como una resistencia.

Estos modelos permiten analizar fenómenos como la resonancia, donde el sistema presenta una frecuencia natural en la cual la amplitud de vibración es máxima. Esta frecuencia depende de la masa del cono y de la rigidez del sistema de suspensión.

Además, el altavoz presenta una impedancia dependiente de la frecuencia, que suele mostrar un pico en la frecuencia de resonancia. A bajas frecuencias, el comportamiento está dominado por los efectos mecánicos, mientras que a altas frecuencias predomina la inductancia de la bobina.

Figura . Dos modelos simples que pueden ajustarse a las mediciones eléctricas que realizamos en nuestros altavoces (loudspeakers).

(a) Este modelo para un altavoz (loudspeaker) incluye R1 para el comportamiento en frecuencias donde el altavoz se utiliza habitualmente, y L1 para el comportamiento a altas frecuencias.

(b) Este modelo para un altavoz (loudspeaker) incluye R1 para el comportamiento en frecuencias donde el altavoz se utiliza habitualmente, L1 para el comportamiento a altas frecuencias, y L2, C2, R2 para el pico de resonancia mecánica (mechanical resonance).

En aplicaciones prácticas, estos modelos se utilizan para diseñar filtros, cajas acústicas y sistemas de audio. También permiten predecir cómo responderá el altavoz ante distintas señales eléctricas.

Un modelo más avanzado incluye el acoplamiento entre el dominio eléctrico y el mecánico, lo que permite una representación más precisa del comportamiento real. Este tipo de modelado es fundamental en el diseño de sistemas de alta fidelidad.

En resumen, los modelos de altavoces permiten entender y predecir su comportamiento mediante circuitos equivalentes, facilitando el análisis y diseño de sistemas electroacústicos.