La principal característica eléctrica de un altavoz dinámico 's controlador es su impedancia eléctrica en función de la frecuencia . Puede visualizarse trazándolo como un gráfico , llamado curva de impedancia.
Explicación
El tipo de controlador más común es un transductor electromecánico que utiliza una bobina móvil conectada rígidamente a un diafragma (generalmente un cono ). Otros tipos tienen conexiones similares, aunque difieren en detalle, entre su entorno acústico y sus propiedades eléctricas.
La bobina de voz en los controladores de bobina móvil está suspendida en un campo magnético proporcionado por la estructura del imán del altavoz . A medida que la corriente eléctrica fluye a través de la bobina móvil (desde un amplificador electrónico ), el campo magnético creado por la bobina reacciona contra el campo fijo del imán y mueve la bobina móvil (y por tanto el cono). La corriente alterna moverá el cono hacia adelante y hacia atrás.
Resonancia
El sistema de movimiento del altavoz (incluido el cono, la suspensión del cono, la araña y la bobina móvil) tiene una cierta masa y flexibilidad . Esto se compara más comúnmente con una simple masa suspendida por un resorte que tiene una cierta frecuencia de resonancia a la que el sistema vibrará más libremente.
Esta frecuencia se conoce como la "resonancia en el espacio libre" del altavoz y se designa con F s . A esta frecuencia, dado que la bobina móvil vibra con la máxima amplitud y velocidad pico a pico , la fuerza contraelectromotriz generada por el movimiento de la bobina en un campo magnético también está en su máximo. Esto hace que la impedancia eléctrica efectiva del altavoz sea máxima en F s , que se muestra como Z max en el gráfico. Para frecuencias justo por debajo de la resonancia, la impedancia aumenta rápidamente a medida que la frecuencia se acerca a F sy es de naturaleza inductiva .
En resonancia, la impedancia es puramente resistiva y más allá de ella, cuando la impedancia cae, se comporta capacitivamente . La impedancia alcanza un valor mínimo ( Z min ) en alguna frecuencia donde el comportamiento es bastante (pero no perfectamente) resistivo en algún rango. La impedancia nominal o nominal de un altavoz ( Z nom ) se deriva de este valor Z min (ver más abajo).
Más allá del punto Z min , la impedancia es nuevamente en gran parte inductiva y continúa aumentando gradualmente. La frecuencia F sy las frecuencias por encima y por debajo de ella donde la impedancia es Z max / √ 2 son importantes para determinar los parámetros T / S del altavoz que se pueden utilizar para diseñar una carcasa adecuada para el controlador, especialmente para controladores de baja frecuencia. Tenga en cuenta que F s es en sí mismo uno de los parámetros T / S del altavoz.
Impedancia de carga y amplificadores
La variación en la impedancia de los altavoces es una consideración en el diseño de un amplificador de audio . Entre otras cosas, los amplificadores diseñados para hacer frente a tales variaciones son más fiables. Hay dos factores principales a tener en cuenta al hacer coincidir un altavoz con un amplificador.
Impedancia mínima
Este es el valor mínimo en la relación impedancia vs. frecuencia, que siempre es mayor que la resistencia de CC de la bobina móvil, es decir, medida con un ohmímetro . La impedancia mínima es significativa porque cuanto menor es la impedancia, mayor debe ser la corriente al mismo voltaje de excitación. Los dispositivos de salida de un amplificador están clasificados para un cierto nivel máximo de corriente, y cuando se excede, los dispositivos a veces, más o menos rápidamente, fallan.
Impedancia nominal
Debido a la naturaleza reactiva de la impedancia de un altavoz sobre las frecuencias de la banda de audio, dar a un altavoz un valor único para la clasificación de 'impedancia' es en principio imposible, como se puede suponer a partir de la curva de impedancia vs. frecuencia anterior. La impedancia nominal de un altavoz es una referencia de número único conveniente que describe vagamente el valor de impedancia del altavoz en la mayor parte de la banda de audio. La impedancia nominal de un altavoz se define como:
El gráfico muestra la curva de impedancia de un solo controlador de altavoz al aire libre (desmontado en cualquier tipo de caja). Un sistema de altavoces de alta fidelidad para el hogar generalmente consta de dos o más controladores, una red de cruce eléctrico para dividir la señal por banda de frecuencia y enrutarlos apropiadamente a los controladores, y un gabinete en el que se montan todos estos componentes. un sistema puede ser muy complejo y la sencilla fórmula anterior no se aplica tan fácilmente.
La clasificación de impedancia nominal de los sistemas de altavoces de consumo puede ayudar a elegir el altavoz correcto para un amplificador dado (o viceversa). Si un amplificador de alta fidelidad doméstico especifica cargas de 8 ohmios o más , se debe tener cuidado de no usar altavoces con una impedancia más baja , para que no se requiera que el amplificador produzca más corriente de la que fue diseñado para manejar. El uso de un sistema de altavoces de 4 ohmios en un amplificador que especifique 8 ohmios o más podría provocar una falla en el amplificador.
Ángulo de fase de impedancia
Las variaciones de impedancia de la carga con la frecuencia se traducen en variaciones en la relación de fase entre las salidas de voltaje y corriente del amplificador . Para una carga resistiva, generalmente (pero no siempre) el voltaje en los dispositivos de salida del amplificador es máximo cuando la corriente de carga es mínima (y el voltaje es mínimo en la carga) y viceversa, y como resultado, la disipación de potencia en esos dispositivos. es lo mínimo. Pero debido a la naturaleza compleja y variable de la carga del controlador / cruce y su efecto en la relación de fase entre el voltaje y la corriente, la corriente no necesariamente estará en su mínimo cuando el voltaje a través de los dispositivos de salida es máximo; esto da como resultado un aumento disipación de potencia en la etapa de salida del amplificador que se manifiesta como calentamiento en los dispositivos de salida. El ángulo de fase varía más cerca de la resonancia en los altavoces de bobina móvil. Si no se tiene en cuenta este punto durante el diseño del amplificador, el amplificador puede sobrecalentarse y hacer que se apague o provocar fallas en los dispositivos de salida. Consulte Factor de potencia para obtener más detalles.
Problemas de amortiguación
Un altavoz actúa como generador cuando una bobina se mueve en un campo magnético. Cuando la bobina del altavoz se mueve en respuesta a una señal del amplificador, la bobina genera una respuesta que resiste la señal del amplificador y actúa como un "freno" para detener el movimiento de la bobina. Este es el llamado EMF trasero . El efecto de frenado es fundamental para el diseño de los altavoces, ya que los diseñadores lo aprovechan para garantizar que el altavoz deje de emitir sonido rápidamente y que la bobina esté en posición de reproducir el siguiente sonido. La señal eléctrica generada por la bobina viaja a lo largo del cable del altavoz hasta el amplificador. Los amplificadores bien diseñados tienen una impedancia de salida baja, por lo que esta señal generada tiene poco efecto en el amplificador.
Característicamente, de estado sólido amplificadores han tenido impedancias de salida mucho más bajos que tubo amplificadores. Tanto es así que las diferencias en la práctica entre un controlador de impedancia nominal de 16 ohmios y un controlador de impedancia nominal de 4 ohmios no han sido lo suficientemente importantes como para ajustarlas. El factor de amortiguación (relación entre la impedancia de salida (amplificador) y la impedancia de entrada (bobina de voz del controlador)) son adecuados en cualquier caso para amplificadores bien diseñados.
Los amplificadores de tubo tienen impedancias de salida suficientemente más altas que normalmente incluyen transformadores de salida de múltiples tomas para adaptarse mejor a la impedancia del controlador. Se conectarían controladores de dieciséis ohmios (o sistemas de altavoces) a la toma de 16 ohmios, 8 ohmios a la toma de 8 ohmios, etc.
Esto es significativo ya que la relación entre la impedancia del altavoz y la impedancia del amplificador a una frecuencia particular proporciona amortiguación (es decir, absorción de energía) para la EMF trasera generada por un controlador. En la práctica, esto es importante para evitar el repique o el voladizo que es, esencialmente, una vibración libre de las estructuras en movimiento en un controlador cuando está excitado (es decir, impulsado con una señal) a esa frecuencia. Esto se puede ver claramente en los gráficos de medición de cascadas . Un factor de amortiguación correctamente ajustado puede controlar esta vibración libre de las estructuras en movimiento y mejorar el sonido del conductor.
Ver también
Referencias
- ^ Davis y Jones, p.205.
Otras lecturas
- Diseño, construcción y prueba de su propio sistema de altavoces con proyectos de David B.Weems (McGraw-Hill / TAB Electronics, ISBN 0-07-069429-X )
- Altavoces, estructuras dinámicas, magnéticas e impedancia estándar EIA RS-299-A
enlaces externos
- Artículo sobre el efecto de la impedancia de los altavoces en amplificadores
- Ensayo sobre variaciones en la impedancia de los altavoces
- Explicación de la impedancia del altavoz