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Parámetros Thiele-Small

Son una serie de parámetros que describen el funcionamiento de un altoparlante a bajo nivel y son escenciales para el diseño de gabinetes acústicos. Llevan su nombre en base a sus creadores A. Neville Thiele y Richard H. Small. Especifican el funcionamiento del altoparlante como si fuese un filtro eléctrico, es decir que analizan un dispositivo electro-mecano-acústico como un filtro meramente eléctrico, esto es posible debido a que existen analogías entre estos sistemas y sus componentes. De esta manera cualquier circuito resonante, ya sea eléctrico, mecánico o acústico se comportan de manera equivalente. Esto es importante debido a que un altoparlante presenta una resonancia mecánica en bajas frecuencias y que un gabinete ventilado es un resonador acústico.

A través de los parámetros T-S es posible predecir el funcionamiento de determinado altoparlante en un gabinete, principalmente la respuesta en frecuencia pero también la impedancia eléctrica, la excursión del cono, SPL máximo, velocidad de port y derivados.

Fig 1: Respuesta simulada de un altoparlante con su respectiva frecuencia de resonancia.

Fs: Frecuencia de resonancia mecánica del altoparlante al aire libre. A esta frecuencia el altoparlante se mueve con un esfuerzo mínimo. Es de suma importancia debido a que por debajo de ella la respuesta en frecuencia decae, o dicho de otra manera el altoparlante va a ser capaz de reproducir a partir de ella. Es decir que un parlante con una Fs de 60 Hz difícilmente pueda reproducir por debajo de 50 Hz. En la figura 1 se observa una frecuencia de resonancia de 55 Hz por debajo de ella la respuesta en frecuencia cae.

 

 

Fig 2: Respuesta para diferentes Q de un sistema resonante.

Qt (total): También llamado factor de calidad o factor de amortiguamiento. Debido a que el altoparlante presenta una resonancia, este factor describe el control sobre esa resonancia. Si el valor es elevado quiere decir que el altoparlante va a quedar vibrando a la frecuencia de resonancia. Afecta a la respuesta en frecuencia y la calidad sonora. En la figura 2 la respuesta en frecuencia de diferentes Q para una misma frecuencia de resonancia. El Q total es el resultante de un Q mecánico y un Q eléctrico (ver Qts, Qms y Qes).

Cms: Compliancia de la suspensión. Es la inversa de la rigidez (K de un resorte), expresa cuán rígida es la suspensión. Debido a que se trata de un sistema masa-resorte, si la compliancia es mayor (menos rígida la suspension) baja la Fs y viceversa.

Mms: Masa móvil del sistema. Se considera la suma de Mmd, que es la masa de el conjunto mecánico (diafragma, bobina y porción de suspensiones) con una porción de aire que está directamente por delante y detrás del diafragma. En conjunto con Cms, genera la resonancia mecánica principal del altoparlante. A mayor masa, menor Fs y viceversa. También se deduce que a mayor masa, menor eficiencia.

Rms: resistencia mecánica de la suspensión. Se refiere a las pérdidas en forma de calor, por la fricción, que sucede en las suspensiones.

Vas: Volumen de aire equivalente a la compliancia de la suspensión. Debido a qué un volumen de aire encerrado se comporta como un resorte, y qué en la mayoría de los casos el altoparlante se va a utilizar en un gabinete, es útil expresar la compliancia de la suspension cómo un volumen de aire.

Fig 3: Impedancia y resistencia eléctrica de un altoparlante.

Re: Resistencia eléctrica de la bobina. No debe ser confundida con la impedancia nominal (en la figura 3 en negro). La impedancia varía con la frecuencia, la resistencia se mide con corriente contínua. En general la resistencia eléctrica es más baja que la impedancia nominal (ver figura 3 en verde).

Impedancia: Oposición al paso de la corriente que varía con la frecuencia. Si bien nominalmente se fija un valor (en general 4, 8 o 16), su variación con la frecuencia presenta singularidades (ver impedancia altoparlante). El pico de mayor impedancia en general se condice con la frecuencia de resonancia del altoparlante. Por otro lado el incremento hacia las altas frecuencias se debe a la inductancia de la bobina.

Le: Inductancia eléctrica de la bobina. Afecta al altoparlante en altas frecuencias, en general a mayor inductancia menor nivel.

Bl: Es una medida de la fuerza del motor electromagnetico. Es la multiplicación de la densidad de flujo magnético B y el largo de la bobina l (inmersa en el campo magnético). Si bien no es una traducción directa, en general un mayor Bl se traduce en mayor eficiencia.

Xmax: Excursión máxima del conjunto cono-bobina-suspensión. Este valor puede estar medido de diferentes maneras. Físicamente como la diferencia entre la altura de la bobina y la altura del entrehierro o acústicamente como excursión para un determinado valor de distorsión (según AES).

Xvar: Debido a que la medición acústica de Xmax da resultados ambiguos muchos fabricantes entregan este valor que representa la excursión maxima a la cual el Cms o Bl del altoparlante decrecen más de un 50%.

Xmech: Además de los anteriormente mencionados, el Xmech especifica el máximo de recorrido antes de que el altoparlante sufra daño mecanico. Ya sea por la bobina golpeando o por deformación de la suspensión.

Sd: Área efectiva de pistón. Es el área del conjunto cono-suspensión que efectivamente genera presión sonora, es decir que es capaz de transmitir energía al aire. A mayor área, mayor presión generada.

Vd: Volumen desplazado (ver Sd vs Xmax). Se calcula como Sd*Xmax, es un indicador del máximo nivel que puede reproducir el altoparlante, en especial en bajas frecuencias.

Sensibilidad: Nivel de presión sonora producido sobre el eje a 1 metro de distancia al aplicar 1 watt de potencia (dBSPL 1 w/1m). No confundir con eficiencia (ver ¿eficiencia o sensibilidad?). Es común especificarla a 2,83 Volts a cambio de 1 Watt (para altoparlantes de 8 ohms).

Eficiencia (η0): Relación entre potencia acústica producida y potencia eléctrica entregada. Generalmente en los altoparlantes suele ser baja, del 0,2 al 5%.

Pe: Potencia eléctrica máxima. Varía según estandar de medición, por ejemplo AES2-1984 o IEC-268.

Hay una relación estrecha entre varios de estos parámetros, y algunos pueden ser calculado en base a otros. Pero esto ya escapa a la finalidad de este post.

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

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