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La radiación sonora

Es sabido que el sonido que percibimos no es más que pequeñas variaciones dentro de la presión atmosférica. Para tener una idea 140dBSPL equivalen a 200 Pascales, mientras que la presión atmosférica es de 101300 Pascales aproximadamente.

Estas variaciones de presión se originan por el desplazamiento de las moléculas de gas (de su punto en reposo) y pueden ser producidas por una superficie vibrante, como la del diafragma de un parlante. Es importante destacar que el proceso de propagación sonora se caracteriza por un transporte de energía pero no de materia, al igual que una onda en el agua, las moléculas se mueven para luego volver a su posición de reposo (figura 1).

transmision-perturbacion-presion

Fig 1: Transporte de energía en el aire.

El gran problema de la radiación sonora es que parte de la energía mecánica se convierte en potencia acústica activa, mientras que otra parte en reactiva, es decir que hay una porción de la energía que viene ”almacenada” y ”devuelta” sin generar sonido. Esto se debe principalmente a las diferencias de impedancia entre el sistema mecánico y el acústico, idealmente para transmitir la mayor porción de potencia las impedancias deberían ser iguales.

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Fig 2: Parte activa y reactiva de la impedancia.

Desde este punto de vista se puede estudiar la impedancia acústica que ”ve” el diafragma de un altoparlante, y está ligada directamente a su tamaño. El diafragma imprime una velocidad al aire que se encuentra delante de él, y cuanto más grande sea, mayor porción de aire afecta. Transforma velocidad mecánica en velocidad de un volumen de aire, y si lo pensamos como un transformador de relación 1:Superficie, la impedancia acústica se refleja con el cuadrado de la relación de transformación, es decir Zreflejada = Zacustica x (Superficie^2).

Lo interesante de este análisis es que no sólo existe una impedancia activa y una reactiva, además ambas varían con la frecuencia como se observa en la figura 2, donde ka = (2*pi*f*a)/c, con f frecuencia, a el radio del ‘diafragma’ y c la velocidad del sonido. De esta manera, y de forma general, si el ka es menor a 1, existe poca carga activa y mucha reactiva, esto quiere decir se va a producir muy poco sonido. Esto es de especial importancia para entender la necesidad de diafragmas grandes en bajas frecuencias.

abanicar

Fig 3: Superficie en movimiento.

Si se piensa un momento en lo que sucede cuando uno desea abanicarse (figura 3), se toma una determinada superficie y se aplica movimientos ondulatorios para generar ”viento”, movimiento de aire. Si la frecuencia o la velocidad a la cual se mueve la superficie es muy lenta prácticamente no se mueve el aire, las moléculas simplemente ”rodean” a la superficie y vuelven a su posición de equilibrio. Para lograr efectividad se puede: – utilizar una superficie más grande, – generar un movimiento más amplio (mayor excursión a la misma frecuencia), o – aumentar la frecuencia (mover la superficie más rápido). Algo parecido sucede en el agua, si le presentamos una perturbación lo suficientemente lenta (baja frecuencia), no se van a generar ondas.

En conclusión, si se quieren reproducir bajas frecuencias se necesita una superficie grande o mucha excursión.

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

6 Comments

  1. Muchas gracias por este post. En verdad, pocas veces encuentro explicaciones tan claras y amigables. Nada sale por arte de magia (como en otras explicaciones) y todo se entiende claramente.

    ¡Gracias nuevamente!

    Janitzio

    • Hola Emi, es un tema sensible dado que la teoría y la práctica se alejan por diversos motivos.
      De todas maneras, si se considera al altoparlante como un pistón perfecto se puede decir que la presión sonora estará relacionado a:

      P=(Sd*X*f^2*π*ρ_0)/(r*√2)
      Donde P es presión (en Pascales), Sd es el área equivalente a un pistón (en metros cuadrados), X es el desplazamiento (en metros), f es frecuencia, ρ_0 es la densidad del aire (1.18 kg/m3) y r es la distancia a la fuente.

      Se puede concluir que la relación es lineal, es decir que a mitad de Sd se necesita el doble de X para mantener la misma presión a la misma frecuencia.
      Por ejemplo, un parlante de 18′ tiene un Sd de 0,121 m2 y uno de 21′ tiene un Sd de 0,168 m2. En teoría el de 18′ necesita casi 39% más de excursión para lograr la misma presión. Aclaro que es en teoría dado que no estamos teniendo en cuenta rendimiento, sensibilidad, tipo de gabinete, ni ningun otra característica. Simplemente área de pistón y excursión.

      Espero haber ayudado,
      Saludos!

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