No, los cajones de madera, que de ahora en más los llamaremos “bafles”, tienen una función muy específica, y es casi tan importante como el altavoz en sí, pero para entenderla hay que aclarar antes un concepto muy simple.

Como vimos en la primera entrega de la serie, cuando llegaba una corriente variable al altavoz, éste se movía de acuerdo a la misma, generando un sonido particular. Este sonido es el que llega a nuestros oídos. Pero si revisamos la animación de nuevo, podemos formularnos la siguiente pregunta: Si salió una onda hacia delante, ¿por qué no sale también una onda hacia atrás? Si básicamente es lo mismo… el cono se mueve hacia delante y hacia atrás… Y, definitivamente, esto es lo que sucede: al mismo tiempo que se va creando la onda hacia un lado del altavoz, se crea la misma, pero en contrafase, del otro lado. ¿Por qué en contrafase? Si recuerdan, el sonido era una onda que se propagaba por el aire debido a las variaciones en la presión de éste. Estas variaciones de presión las ocasiona el altavoz al desplazarse hacia delante y hacia atrás como un pistón rígido; si el cono del altavoz se mueve hacia delante, está comprimiendo el aire a su alrededor delante de éste. Pero recordemos que del otro lado también se está generando una onda, pero en sentido inverso: al otro lado se está expandiendo el aire alrededor del altavoz. Cuando cambia de sentido el movimiento, ahora se expande (baja la presión) delante, y se comprime detrás. Como ven, la onda creada es exactamente igual, pero desfasadas 180°, cuando una tiene un valle la otra tiene en el mismo lugar un pico, y viceversa.

Si recuerdan bien, en el anterior articulo dijimos que los sonidos que se emitían por un altavoz, si su longitud de onda fuera mayor que el diámetro de dicho altavoz, el sonido se propagaba hacia todas las direcciones por igual (esféricamente). O sea, tanto la onda que salió hacia delante como la trasera, si el altavoz está al aire libre y reproduciendo una frecuencia menor a su diámetro, se deberían sumar, ya que se propagan por igual… y acá llegamos al quid de la cuestión…

Los sonidos, al ser ondas, sufren los fenómenos de interferencia y difracción^[1]. Como la onda trasera está en contrafase con la delantera, al sumarse las dos ondas, nos da… ¡cero en todo momento! Es muy simple, en toda cresta creada siempre va a haber un valle igual que se emitió por el otro lado del altavoz, y viceversa. Si sumamos los valles con las crestas el resultado es una total interferencia destructiva que nos da como resultado una onda de amplitud cero. Este fenómeno se llama “cortocircuito acústico”, se podrán imaginar por qué.

Esto es muy simple de comprobar: en sus casas saquen el altavoz de graves (el más grande) del bafle, y en sus manos háganlo sonar con su música preferida. Van a escuchar los medios y agudos (longitudes de onda menores al diámetro del altavoz que se propagan hacia delante y hacia atrás direccionalmente), pero los graves van a desaparecer. Manténgalo sonando y coloquen el altavoz de nuevo en el bafle y… ¡voilà! Escuchamos nuevamente los graves.

El bafle es el encargado de que la onda trasera no se encuentre con la delantera y se “destruyan” por decirlo de una manera, así de simple. Pero lograr esto no es tan fácil como parece, no es simplemente poner el altavoz en un cajón cerrado y listo el problema. Como estamos acostumbrados en acústica, para solucionar un problema normalmente creamos dos o más nuevos.

En este artículo vamos a mostrar los distintos tipos de bafles que hay, pero no vamos a profundizar mucho en cada uno de ellos; es una introducción para que luego entendamos conceptos más complicados y, ahí sí, detallaremos cada tipo de bafle, su construcción y cálculo para que nosotros fabriquemos nuestros sistemas hi-fi, ventajas y desventajas, etc.

Bafle cerrado.

Bafle  “cerrado”

El tipo más simple de bafle. En realidad es lo primero que se nos viene a la mente si analizamos el problema. Éste consiste en un cajón hermético que no deja salir la onda trasera y, mediante materiales absorbentes, la transforma en calor y éste es disipado (el calor generado es mínimo, casi despreciable, nadie se va a quemar acá…). El volumen de este cajón es muy importante, ya que, como va a tener aire adentro y éste es un material elástico, va a actuar como un resorte: básicamente, cuando el altavoz comprima el aire dentro de la caja, el mismo va a hacer una fuerza en sentido contrario intentando alejar el cono del altavoz, y cuando el altavoz excursione hacia delante, el volumen de la caja va a aumentar y su presión disminuir, con lo cual va a “tirar” al cono del altavoz hacia atrás. Como veremos más adelante hay un cálculo para saber el volumen óptimo para cada altavoz en caja cerrada.

Las ventajas de este sistema son:

-Es la más simple, y normalmente el bafle es chico.

-Si el cálculo es correcto, este efecto del aire como “resorte” ayuda al altavoz a comportarse mejor con los retrasos y adelantos de fase.

-En sonidos de tipo “explosivos”, o sea, rápidos, cortos y de gran amplitud, se comporta muy bien.^[2].

Las desventajas son:

-Si el aislante acústico no esta bien colocado o no es suficiente, se crean dentro ondas “resonantes” que son audibles.

-Al ser cerrada, la caja tiene que soportar presiones y depresiones bastante altas, con lo cual debe ser muy rígida y hermética para que funcione bien.

-Al eliminar completamente la onda trasera, sólo escuchamos la onda delantera, y esto origina un rendimiento pobre en graves. Esto suena lógico, y por eso el próximo tipo de bafle la aprovecha (la onda trasera): el “Bass Reflex”.

Bafle “Bass Reflex”

Como dijimos, aprovecha la onda trasera para sumarla a la delantera y tener así mejor respuesta en graves. Para esto tiene un agujero o “port” de cierto diámetro y largo.

Bafle bass reflex.

¿Cómo lo hace? Como dijimos antes, la onda que se creaba hacia atrás en el altavoz estaba en contrafase, pero como el aire es un material elástico y actúa como resorte, si calculamos bien el volumen interno y el volumen del “port”, podemos usar esta elasticidad para desfasar la onda lo suficiente para que se sume a la emitida por la parte delantera del altavoz; a este proceso se le llama “sintonizar el bafle”. Hablar del proceso físico de cómo la elasticidad del aire desfasa la onda escapa de este post introductorio (aquí para profundizar), pero la idea es simple: al estar en fase, las dos ondas ahora se suman en vez de cancelarse.

Éste es el tipo más común de bafle, y sus ventajas son:

-Excelente rendimiento en graves.

-Buen manejo de potencia (ya hablaremos de esto).

-Si el altavoz es apto, el bafle no es muy grande.

-No debe soportar grandes presiones.

Desventajas:

-Con algunos altavoces el tamaño necesario es demasiado grande.

-La respuesta transitoria es pobre (aunque depende mucho del diseño).

Hay un tipo particular de bafle que usa un sistema parecido y con las mismas características, llamado “radiador pasivo”. En vez de usar un agujero con cierto volumen de aire para sintonizar, este tipo de bafle usa un altavoz sin imán y sin bobina, o sea, sólo el cono, las suspensiones y la estructura. Como éste tiene una masa y elasticidad determinadas, se sintoniza variando la masa (por inercia se genera el desfasaje). Como dijimos antes, el rendimiento es similar al de un bass-reflex, pero tiene la desventaja de que hay que sumar el precio del radiador pasivo.

Bafle con radiador pasivo.

Bafles “Paso banda”

Si tenemos un Home-theater (típicamente cinco bafles chiquitos más uno grande) o un sistema 2.1 en la PC, seguro que tenemos un paso banda en nuestra casa. Es un tipo de bafle diseñado solamente para reproducir frecuencias bajas, por eso también se los llama “Sub-woofers”.^[3]

Bafle paso banda con dos camaras bass reflex

Consiste en dos cámaras como se ve en la figura, sintonizadas de forma tal que mejore lo máximo posible la respuesta en graves, pero sacrificando todas las demás frecuencias, por lo que siempre debe ir acompañado de otros bafles. Las cámaras pueden ser una cerrada y otra bass-reflex, o dos bass-reflex, siendo el más popular el primero.

Las ventajas de este tipo de bafle son:

-Pequeño tamaño.

-Con altavoces chicos se logran buenos graves.

-Barato, ya que el altavoz no tiene que ser bueno.

Pero, lamentablemente, las desventajas son muchas:

-El rendimiento es muy pobre en comparación con los otros tipos de bafle.

-Crea retrasos y adelantos de fase audibles que hacen que nos duela la cabeza después de escuchar mucho tiempo música con ellos.

-La respuesta transitoria es pésima.

-Por su diseño, pareciera que siempre escuchamos la misma frecuencia, dando graves fuertes pero pobres en calidad.^[4]

Todas estas desventajas convierten en este tipo de bafle en realmente pésimo para escuchar música, pero las ventajas son suficientes como para usarlos para ver películas, y por este motivo son tan populares (además de la moda de tener graves retumbotes que, definitivamente, el músico no puso en la grabación).

Bafle tipo “Línea de transmisión”

Estos son bafles que, para sintonizar los graves, o sea, poner en fase las dos ondas (trasera y delantera), usan la velocidad limitada del sonido.

Bafle tipo línea de transmisión

Dijimos que la velocidad del sonido en el aire es de 336 m/s y que una frecuencia de 20Hz tiene una longitud de onda de unos 17 metros. Supongamos que reproducimos una onda de 20Hz. Hacia delante del altavoz se reproduce normalmente, pero hacia atrás le hacemos recorrer un camino de la mitad de largo que la onda. Al salir de este camino va a haber sufrido un retraso debido al tiempo que tardó en recorrer el camino. ¿Se entiende el concepto?

Si la longitud es exactamente la mitad de largo que la onda reproducida, sufre un desfase de 180° y sale en fase con la onda delantera, sumándose a ella. Para sintonizar una frecuencia de 40Hz (longitud de onda de unos 8.5 metros) debemos construir un camino para la onda trasera de unos 4.25 metros. Como habrán supuesto esto es enorme para una casa; por eso se hacen los llamados “laberintos acústicos”, donde este camino se pliega varias veces para lograr achicar el tamaño. Las ventajas son que no sufren del problema de la “compresión” causada por el volumen de aire en los otros bafles y no tiene resonancias. Pero la desventajas son su gran tamaño y que, al ser tan complicadas, suelen ser muy caras, por lo que no están tan difundidas.

Bafle tipo “Laberinto acústico”

Básicamente es una caja cerrada, pero con la diferencia de que, en este caso, se intenta que sea lo más larga posible, para que la onda trasera desaparezca completamente antes de rebotar con alguna pared y crear resonancias. En las típicas cajas cerradas normalmente tenemos varios rebotes de la onda antes de que sea absorbida, creando ondas “estacionarias” dentro del bafle. En este caso, al ser tan largo el bafle, sumado a que su sección se va reduciendo y que está lleno de material absorbente, la onda queda completamente absorbida antes de que llegue al final del camino y rebote. El más famoso bafle con este sistema es el “Nautilus” de B&W, considerado uno de los mejores bafles del mundo, aunque, como se imaginarán… su precio es prohibitivo.^[5]

B&W Nautilus, nuestros bafles van a sonar igual de bien... pero van a ser mas feos.

Estos son básicamente los tipos de diseño que tenemos normalmente. Hay otros, como dipolos, bafles abiertos, paneles electrostáticos, etc, pero no están casi difundidos y normalmente su rendimiento es menor que los citados.

.

Con esta introducción a las cajas acústicas, sumado a lo que ya sabemos sobre altavoces, ya tenemos el panorama completo para empezar a conocer temas más profundos (y, por supuesto, interesantísimos). En todos los artículos hemos citado la palabra “distorsión”, palabra que el amante del audio odia más que a ninguna otra… ¿Qué es la distorsión? ¿Por qué se crea? ¿Cómo la evitamos? Estos van a ser los temas del próximo artículo, ya que seguramente todos los que han comprado un equipo de audio han escuchado (¡y sufrido!) la palabra “distorsión armónica”…. ¡hasta la próxima!

1. En El Tamiz están perfectamente explicados los dos fenómenos
2. A esto se le llama “respuesta transitoria” que la estudiaremos en detalle en otras entregas, y es un efecto que se da en todos los sonidos, pero más evidentemente en los cortos y de gran amplitud.
3. Hay sub-woofers de todos los tipos de bafles, pero éste es el mas popular.
4. Esto es porque básicamente el diseño es el de un “Resonador”.
5. Además de que nosotros podemos armar lo mismo o mejor con muchísimo menos dinero.

Antes de continuar hay que hacer algunas aclaraciones sobre el sonido^[1] para entender mejor el concepto. Como ya sabemos, un sonido es una onda que se desplaza por un medio material, comúnmente el aire. Dicho sonido tiene una frecuencia determinada, y a más alta esta frecuencia, más “agudo” escuchamos el sonido, y a menor frecuencia lo escuchamos más “grave”. Para facilitar las cosas, los rangos de frecuencias se dividieron en diferentes tipos.

Los sonidos “graves” son los que se encuentran entre los 20Hz, que es la mínima frecuencia que el oído humano puede sentir (aunque cada ser humano tiene límites ligeramente distintos, más o menos por debajo de esa frecuencia no oímos nada) y aproximadamente los 320Hz. O sea, que cuando escuchamos un bajo o un bombo, que suenan “graves”, estamos sintiendo una onda de baja frecuencia, normalmente entre las dos frecuencias citadas.

Los sonidos “medios” son los que su frecuencia se encuentra entre los 320Hz y los 2560Hz aproximadamente. Entre estos sonidos tenemos la mayor parte de las notas del piano, la voz humana, las guitarras y un sin fin de instrumentos más.

Y los sonidos “agudos” son los comprendidos entre los 2560Hz y los 20000Hz, que es el límite superior que la mayoría de los oídos humanos pueden oír cuando somos jóvenes (si… los viejos ya no oyen nada a partir de unos 16000Hz). Entre los agudos tenemos los platillos, las notas más agudas de los violines, las campanas, y mayormente los armónicos de las frecuencias menores que son los que le dan el “timbre” característico a cada instrumento y que estudiaremos más adelante. En la siguiente ilustración tenemos los rangos aproximados de algunos instrumentos:

Frecuencias de los distintos instrumentos.

Pero acá aparece algo extraño: los graves sólo tienen un rango de 300hz, los medios un rango de unos 2000hz y los agudos un rango de ¡18000hz! ¿Por qué tanta diferencia? ¿Por qué los agudos son “privilegiados” y contienen la mayor parte del espectro auditivo? Esto es por que el oído no siente los sonidos linealmente, sino de forma “logarítmica”. Para entenderlo mejor, una simple analogía bastará.

Pongamos una moneda en nuestra mano. Vamos a sentir su peso; ahora añadamos otra moneda, vamos a sentir el doble de peso, ahora añadimos otra más, ya no vamos a sentir el doble de peso, sino una fracción de él: para sentir el doble de peso hay que poner dos monedas más. Supongamos que seguimos con el experimento y ya tenemos 100 monedas en nuestra mano, si añadimos sólo una moneda más… casi no notaremos variación en el peso total, tendríamos que poner otras 100 para notar nuevamente el doble de peso, y ni hablar de cuando lleguemos a 1000 monedas (¡somos fuertes! ¡y ricos!) el peso de una sola moneda ya será despreciable y casi imposible sentir la diferencia de peso entre 1000 monedas y 1001. ¿Se entiende la idea? El tacto también trabaja de forma logarítmica.

Nuestro oído puede detectar sin problemas una variación de 60Hz a 61Hz, pero no de 10000Hz a 10001Hz ya que nuestro oído también trabaja de forma logarítmica. De esta forma, el sonido se dividió en octavas, que son las siguientes en Hz: 20 a 40, primera; 40 a 80, segunda; 80 a160, tercera; 160 a 320, cuarta; 320 a 640, quinta; 640 a 1280, sexta; 1280 a 2560, séptima; 2560 a 5120, octava; 5120 a 10240, novena; y de 10240 a 20480, décima. O sea, a cada altavoz le tocan sólo algunas octavas y nada más. Ahora sí, ninguno tiene privilegios.  Pero no nos vayamos por las ramas, ya que con estos datos podemos continuar.

Como dijimos, el primer avance fue dividir las tareas, en términos acústicos: Diseñar un altavoz para cada rango de frecuencias, ya que los grandes pueden oscilar lentamente pero generar gran amplitud, los medianos pueden oscilar más rápidamente, pero con una amplitud menor y los pequeños pueden oscilar rapidísimo, pero su amplitud es muy baja. Podemos rápidamente determinar que a más amplitud, más energía en juego, y ahora sí, ¡la física nos juega a favor! En el espectro auditivo, los sonidos graves tienen normalmente el 65% de la energía acústica por su gran amplitud, y como los altavoces diseñados para sonidos graves son grandes y con gran amplitud, ¡pueden emitir perfectamente toda esa energía! Los sonidos medios tienen aproximadamente el 25% de la energía acústica total, por lo que un altavoz más pequeño la podrá manejar sin problemas, y al ser pequeño podrá reproducirlos mejor que uno grande. Y a los agudos sólo les toca el 10% de la energía total, ya que los mismos tienen una amplitud muy baja, pero oscilar a 20000Hz no es cosa fácil. Por eso es que los altavoces de agudos son pequeñísimos y livianos, pero como la energía que tienen que emitir es baja… no hay inconvenientes.

Esta división de tareas dividió básicamente los tipos de altavoces en cuatro, que vamos a detallar a continuación.

Woofer de 10´´.

Altavoces de graves, que ahora los llamaremos por su nombre en ingles “woofer”. Son grandes altavoces para mover la mayor cantidad de aire posible, generalmente entre ocho y dieciocho pulgadas (en los altavoces el diámetro se mide en pulgadas y todas las otras medidas en mm… parece que nadie se puso de acuerdo en seguir un solo sistema de unidades). Cuanto más grandes son, más aire mueven, o sea, logran mayor presión sonora, pero menos rango de frecuencias reproducen, por lo general woofers de 18´´ y 15´´  solo reproducen “fielmente”^[2] hasta unos 150Hz, los de 12´´ y l0´´ hasta unos 400Hz y los de 8´´ hasta los 1000Hz normalmente. Estos woofers siempre tienen que ir acompañados de los dos siguientes tipos de altavoces ya que, si no, no es posible reproducir fielmente todo el espectro auditivo.

Un "mid-range" típico.

Altavoces de medios, que los llamamos “mid-range”. Consisten en pequeños altavoces constructivamente iguales a sus hermanos mayores, los “woofers”, pero al tener un tamaño mucho menor, del orden de 5´´ a 2´´ su masa es muchísimo menor y no tienen problemas en llegar a frecuencias del orden de 3000Hz a 5000Hz. Estos altavoces, como veremos más adelante, son críticos, ya que por el mismo se reproducen la mayoría de los instrumentos y la voz humana.

Pero antes de pasar al siguiente tipo de altavoz necesitamos ver otro tema, que también es inherente al diseño de los altavoces que estamos estudiando, y por esta causa los diseños de altavoces de agudos son totalmente distintos.

Las ondas sonoras tienen una frecuencia determinada. Como la velocidad del sonido en el aire es de unos 336 m\s, podemos determinar la longitud de onda para cada frecuencia. Así, para 20Hz la longitud es de unos 16.8 metros, para 2000hz, unos 16,8 centímetros, y para 20000Hz, unos 1,68 milímetros. Presten atención a lo siguiente, porque es importantísimo: Cuando un altavoz emite una onda cuya longitud de onda es mayor que su diámetro, éste radia esféricamente en todas las direcciones, o sea, que no importa donde nos ubiquemos: vamos a escuchar igual los sonidos mientras estos tengan una longitud de onda mayor que el diámetro del altavoz que lo reproduce. Por ejemplo, un altavoz de 6.5´´ va a emitir sonido esfericamente hasta una frecuencia de 2000Hz aproximadamente (lo podemos deducir fácilmente con la formula “Velocidad del sonido / frecuencia = longitud de onda”), y uno de 18´´, hasta unos 735Hz.

¿Qué pasa cuando la longitud de onda empieza a ser menor que el diámetro del altavoz? Pues sucede un efecto llamado “difracción por borde” y el altavoz entra en una transición de emitir cada vez más direccionalmente hacia delante. Esto tiene dos problemas: uno es que si nos ponemos justo delante del altavoz escuchamos bien todo, pero si nos movemos a un lado, escuchamos sólo las frecuencias cuyas longitudes de onda son mayores que el diámetro, y las menores, no, y segundo, como antes la energía la distribuíamos esféricamente en todo el espacio circundante, a cada punto llegaba cierta cantidad que obedecía a la regla “disminuye con el cuadrado de la distancia”, pero ahora que el altavoz esta radiando sólo hacia adelante, ¡concentra toda la energía en una dirección!, haciendo que en ese punto los sonidos cuya longitud de onda es menor que el diámetro del altavoz suenen mucho más “fuerte” o sea, con mayor presión sonora. Como vemos, recién llevamos dos artículos introductorios y se complicó todo…

Volvamos al asunto. En altavoces de graves y medios esto por lo general no es un problema, ya que normalmente reproducen frecuencias cuya longitud de onda es mayor que su diámetro^[3] y podemos usar para ellos un diseño clásico, pero cuando la frecuencia a reproducir es muy alta la longitud de onda se achica drásticamente, al orden de milímetros, y, como supondrán, no es viable hacer altavoces tan chicos, ya que por más que sólo se reproducirán por los mismos solo el 10% de la energía, hay un tamaño mínimo. Acá es donde entra en juego el intelecto humano para poder diseñar un altavoz de mayor tamaño que la frecuencia reproducida y que éste radie en forma “cuasi-esférica”.

Ahora sí:

Tweeter domo de 1´´.

Altavoces de agudos, a los que normalmente se les denomina “tweeter”. Acá todo es ya distinto, por lo que dijimos. En vez de usar el típico diseño exponencial, descubrimos que a altas frecuencias una forma de domo podía radiar más esfericamente (no al 100%, pero mucho mejor que el típico cono). El domo se llevó a valores de 1.5´´ a 0.5´´, y gracias al diseño de su domo, podían emitir sonidos a altas frecuencias bastante omnidireccionalmente, además de que se desarrollaron muchísimas tecnologías totalmente distintas, como tweeters de cinta, piezoeléctricos, anillo radiante, motores de compresión, etc. Pero como el 90% de los tweeters para alta fidelidad son de tipo “domo”, sólo estudiaremos este tipo y tal vez algo de “anillos radiantes”, ya que se están poniendo muy de moda y su principio de funcionamiento es el mismo que el de los transductores electroacústicos.

Mid-woofer de 7´´.

Vimos en un ejemplo anterior que un altavoz de 6.5´´ puede reproducir teóricamente hasta 2000Hz sin problemas. A los woofers de este tamaño aproximado entre 7´´ y 5.5´´ se les llama “mid-woofer” por que si están bien y específicamente diseñados para esto, pueden reproducir graves gracias a su tamaño, no con la presión sonora de uno más grande, pero sí lo suficiente para un uso hogareño, y reproducir medios gracias a su baja masa. Estos, unidos con algún tweeter de diseño eficiente que reproduzca desde unos 2000Hz nos dan también toda la banda auditiva, pero con dos altavoces en ves de tres. En la jerga se les llaman “dos vías y tres vías”.

También existen los denominados “sub-woofer”, que no son más que un woofer diseñado para reproducir sólo las dos primeras octavas del espectro, o sea, de 20Hz a 80Hz o a lo sumo 120Hz, banda que los woofers y mid-woofers normalmente no reproducen bien.

Como dijimos antes, hay otros tipos de transductores acústicos, pero son minoría, como los paneles electroestáticos y los diferentes tipos de tweeters mencionados. En la web hay cientos de paginas con información si les interesa. Nnosotros nos dedicaremos solamente a los transductores “electroacústicos” que ocupan más del 90% del mercado.

Bueno ya tenemos una idea de cómo funcionan y por qué hay varios altavoces en un equipo de música, pero hay un detalle que no hemos nombrado. ¿Por qué siempre están dentro de una caja de madera (o plástico si son baratos) y no al aire libre? ¿Por qué esta caja es de diferente tamaño dependiendo del altavoz que contenga? ¿Qué son esos agujeros que tienen normalmente?

Responder a estas preguntas será el tema del próximo artículo. ¡Que lo disfruten!

1. Para más información, aquí.
2. Hay muchísimos woofers de estos tamaños que reproducen hasta más de 2000Hz, pero no de forma fiel, por eso no los tomamos en cuenta.
3. El ancho del bafle también influye en esto, pero será tema de todo un articulo.

Un transductor es un dispositivo que convierte un tipo de energía en otra. Simple, ¿no?

Podemos entender por transductor una turbina de una represa hidroeléctrica, que convierte la energía potencial y cinética del agua en eléctrica, un motor de un coche convierte energía química en cinética, etc. La idea es simple… Electroacústico… según la etimología de la palabra deducimos que viene de “electricidad” y “acústica”, es decir, un transductor electroacústico es un dispositivo que convierte energía eléctrica en acústica, o sea, ondas sonoras. De ahora en adelante lo llamaremos “Altavoz” para simplificar.

Como bien explicó Compotrigo en su serie sobre la música, un sonido es una onda que se propaga por un medio elástico (típicamente, aire) creando zonas de presión y depresión en el medio a su paso; cualquier cosa que oscile en un medio elástico tiene un sonido asociado: podemos deducir esto al golpear cualquier objeto y escuchar “algo”. Ese sonido característico de los objetos se debe a su frecuencia natural, a la cual los objetos oscilan. Estas oscilaciones se acoplan con el aire circundante y como consecuencia aparecen las ondas sonoras.

Como vemos, crear un sonido es más fácil de lo que parece, por esta razón ya hace más de treinta mil años que existen las flautas y otros tipos de instrumentos con su sonido característico. El problema que se presentó fue el de poder reproducir TODOS los sonidos a la vez, fielmente, cada uno de ellos con su frecuencia, timbre, amplitud, etc.

La idea es simple, cualquier dispositivo que vibre crea un sonido (en realidad no crea, acá también se respetan las leyes de la termodinámica: la energía perdida es la correspondiente a la onda creada más perdidas; si no, una campana sonaría por siempre^[1] ), si esta vibración es igual a la de un instrumento en particular, voz, ruido, etc, debería sonar igual. Además, si sumamos todas las ondas de todos los instrumentos, voces, sonidos, etc, nos debería dar una onda correspondiente con toda la información de las otras ondas sumadas, ésta es la onda que debería reproducir nuestro dispositivo.

Phonógrafo de Edison, uno de los primeros "altavoces"

Los primeros intentos con éxito datan de hace aproximadamente 130 años. No se sabe quién fue exactamente el primero en lograrlo, pero el más popular fue Edison con su “Phonógrafo”. Cabe acotar que los primeros altavoces no eran “electroacústicos”, son más bien “mecánico-acústicos”, ya que transformaban energía mecánica en acústica. ¿Cómo lo hacían? Muy fácil: las primeras grabaciones^[2] dejaban en un cilindro un surco que oscilaba de un lado a otro de la misma forma que la onda oscila en el medio. En este surco se ponía una fina aguja (hoy llamada “púa”) unida a un cono exponencial; al girar el cilindro a la misma velocidad a la cual se grabó, la púa iba trazando la forma de onda registrada en el cilindro, ésta se transmitía al cono… ¡y por éste se emitía el sonido grabado! Cabe aclarar que la calidad del sonido reproducido era pésima, a un volumen bajísimo, muy lejos de ser HI-FI… pero fue el primer paso. El paso siguiente fue toda una revolución…

Ya en esa época se conocían bien las propiedades de las ondas electromagnéticas y sus consecuencias. La que nos concierne a nosotros es el fenómeno de inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday. Éste, en pocas palabras, nos dice que cuando un conductor se mueve por un campo magnético aparece en él una corriente eléctrica; y viceversa: una corriente eléctrica variable que corre por un conductor genera un campo magnético (que también es variable). Si ahora ese campo magnético lo ponemos cerca de un imán, lo que tenemos es que el conductor es atraído o repelido por el imán dependiendo de la corriente que circula por él. La idea fue la siguiente: que la corriente variable tenga la forma de la onda que queremos reproducir (forma, frecuencia, amplitud, etc.). Luego, el conductor por donde va a circular esta corriente tiene que estar dentro de un campo magnético. Como éste conductor, debido a la ley de Faraday, va a vibrar dependiendo de la corriente que circule por él, si encontramos la forma de transmitir este movimiento al aire, ¡podemos reproducir sonoramente la información que venía eléctricamente!

El resultado fue lo que vemos en la siguiente animación:

Podemos ver que entra una corriente eléctrica sinusoidal a una bobina por donde circula la corriente (efectivamente, llega a la bobina, no al imán), que se puede ver en color rojo con puntos blancos,  y esta bobina esta rodeada por un imán que produce el campo magnético. La bobina está acoplada al “cono” y ambos, bobina y cono, se mantienen en posición a través de dos suspensiones que sólo permiten el movimiento en un sólo eje. Como vemos en la animación, ¡el cono hace exactamente los mismos movimientos que la onda eléctrica! Éste es el principio básico de funcionamiento de un altavoz electrodinámico. ¿Simple, verdad?

La corriente variable genera una fuerza en la bobina (en realidad aparece un campo magnético, que como se opone al del imán permanente produce la fuerza de repulsión), que, al estar pegada al cono, hace que éste se mueva y se acople con el aire circundante,^[3]  produciendo un sonido. Este sistema revolucionó nuestra manera de escuchar música (hay otros que veremos más adelante, pero éste es el más usado: más del 95% de los equipos de música tienen este tipo de altavoz), pues ya no hacia falta ir a escuchar música en vivo. Podíamos escuchar una ópera o una orquesta en nuestra casa, ya que el altavoz reproducía exactamente^[4] la suma de todas las ondas de los instrumentos por separado, y todo ello sumado a que también las técnicas de grabación y copiado mejoraron enormemente con el mismo sistema, pero al revés.

Efectivamente, al sistema inverso se le conoce como “micrófono” y no es más que un altavoz al revés: las ondas sonoras hacen mover el cono, éste a la bobina, que al estar sumergida en un campo magnético produce una corriente correspondiente al movimiento, y… ¡Voilà! Ya tenemos nuestra onda sonora transformada a eléctrica para luego editar, copiar, sumar, grabar, reproducir, etc. Y luego amplificarla para escucharla por nuestros altavoces.

Corte de un altavoz donde podemos ver sus partes principales.

El sistema funcionaba, pero tenía muchas fallas,^[5] y el problema es que son fallas inherentes al diseño mismo y al mundo en el que vivimos. Por ejemplo, el cono tiene una masa determinada, y éste, al estar quieto, por inercia tiende a permanecer en este estado. Cuando la corriente tiende a moverlo, éste no se mueve instantáneamente, sino que tiene un retraso, y luego, mientras se está moviendo ¡tiende a seguir así! Podemos imaginar fácilmente que a mayor frecuencia empeora el efecto.

Podríamos decir “hagamos los conos lo más livianos posibles, y listo”, pero esto tiene dos problemas: El primero es la rigidez. Al ser el cono poco rígido, la bobina puede estar moviéndose, pero el cono, en vez de moverse uniformemente, se flexiona, ocasionando más distorsiones y dejando de actuar como “pistón” rígido. Bueno, podemos decir, entonces, “hagámoslo rígido y chico, lo más chico posible para que sea liviano”. Pero acá entramos en otro problema: los sonidos graves tienen una frecuencia baja (del orden de los 20 a los 200hz aproximadamente) y una amplitud alta, muy alta. Podemos sentir esto cuando vamos a nuestra “discoteca preferida” o a un recital: cuando suenan los sonidos graves se nos mueven los pantalones. Eso es por que son ondas sonoras que se desplazan por el aire con una amplitud muy grande (diferencias de presión grandes entre la crestas y los valles). Para que estos sonidos graves suenen hay que mover mucho aire… y un altavoz chico no mueve nada de aire. Ésta es la primera de muchas razones por la que aparecen distorsiones, pero en definitiva ésta fue la razón fundamental para hacer muchos tipos de altavoces para frecuencias determinadas: graves (conos grandes que mueven mucho aire), medios (más chicos, que pueden oscilar a más frecuencia sin problemas pero que no reproducen graves) y agudos (conos^[6] livianísimos que pueden oscilar hasta 20000Hz, pero que no reproducen ni siquiera tonos medios y mucho menos graves).

El estudio de cada tipo de altavoz será el tema principal del próximo artículo, además de adentrarnos más en su funcionamiento y cómo se resolvieron algunos problemas.

¡Hasta la próxima!

1. Además de la pérdida de energía existe lo que se denomina “amortiguamiento”, que es fundamental en un altavoz y estudiaremos en detalle más adelante
2. Para grabar se hace el proceso inverso, es decir, una onda acústica se transforma en mecánica o eléctrica.
3. El acoplamiento es un tema importante y complejo, ya que, como la elasticidad del aire es muy distinta a la del cono, el acoplamiento es muy malo, dando un rendimiento pésimo del orden del 1.5%, el resto son perdidas…
4. No, exactamente, no: con muchísimas distorsiones distintas. Si no, esta serie acabaría acá
5. Todavía, después de 100 años, las tenemos.
6. En los tweeters son normalmente “domos” en vez de conos, ya veremos por qué.

Todos escuchamos música alguna vez, y dudo que a alguien no le guste o sienta placer al escucharla. Pero nosotros, homo sapiens comunes del siglo XXI, tenemos un problema: no todos somos músicos, es más, tan sólo un pequeño porcentaje de la población mundial es músico (se entiende por músico al que toca o compone música). Sumado a que la misma es totalmente subjetiva… no a todos nos gusta el mismo tipo de música, haciendo más difícil encontrar intérpretes de nuestro gusto.

Un típico bafle HI-FI

Qué lindo sería llegar a casa, ponerse cómodo en el sillón, agarrar un control remoto, tocar el botón de encendido y que de repente apareciera toda una orquesta sinfónica… ¡Tocando a nuestro gusto!^[1] O, ya puestos, una banda de rock, pop, o a Freddie Mercury y Montserrat Caballe interpretando “ensueño”…^[2]

No, esto definitivamente no ocurre. En vez de músicos lo que tenemos normalmente son dos cajas de madera, que vistas de frente tienen unos conos (típicamente de papel) que son los que se encargan de reproducir nuestra música. ¿Qué son estos conos que reproducen sonidos? ¿Cómo lo hacen? ¿Por qué unos suenan mejor que otros pero nunca es lo mismo que escuchar música en vivo?

En esta serie vamos a ir estudiando y aprendiendo qué es un bafle (nuestras cajas de madera), un transductor electroacústico (estos son los conos de papel… o fibra de carbono y kevlar),^[3] las tecnologías implicadas, su historia, sus parámetros para saber elegirlos, sus problemas, sus mitos (en el mundo del audio hay más mitos de los que se pueden imaginar), etc… Y, si es posible, mi meta es que logren los conocimientos suficientes como para poder construir sus propios bafles (el famoso HUM) con un precio muy inferior a uno comercial pero con calidad sobresaliente, que se le suele llamar “HI-FI” o “Alta fidelidad”.

Yo empecé con esto de la construcción de bafles desde muy chico. Mis primeras construcciones eran un desastre; ahí me di cuenta que no era simplemente comprar un woofer y un tweeter (son tipos de transductores electroacústicos que estudiaremos en detalle) y encerrarlos en un cajón. ¿Para qué?, me preguntaba… ¿No lo podía poner en el aire… y ya? ¿Por qué dos o más?

De a poco fui estudiando, y mis creaciones fueron mejorando. Al día de hoy me dedico a la construcción de sistemas HI-FI de muy alta fidelidad^[4] y espero poder transmitirles mis conocimientos a Uds. que ya me han transmitido sus conocimientos a mí a través de El Cedazo y El Tamiz.

El camino es largo, hay muchísimo más de lo que se imaginan para poder lograr disfrutar de la música o de películas con la fidelidad que tenemos hoy en día, la tecnología implicada es impresionante y los parámetros son muchísimos, pero vamos a ir poco a poco, aplicando el famoso lema “antes simplista que incomprensible” de El Tamiz.

Espero que disfruten de la serie. En la primera entrega vamos a hablar de los transductores electroacústicos: un poco de historia, funcionamiento, problemas, etc. Y de a poco vamos a ir profundizando. ¡Que lo disfruten!

1. Eso sí, nos saldría carísimo en cervezas.
2. Tema que particularmente me emociona, recomiendo escucharlo (y si es en un buen equipo… mejor).
3. Los materiales del cono del transductor definen su comportamiento; estos son de los más variados, como estudiaremos más adelante.
4. En audio entendemos “fidelidad” a que la señal reproducida es lo mas “fiel” posible a la grabada u original, esto es, sin distorsiones.