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Qts, Qms, Qes, ¿qué indican? (Parte II)

En la Parte I se analizaron los motivos por los que resuena el altoparlante y cómo la resistencia viscosa de la suspensión actúa de amortiguador mecánico. En esta segunda parte se analiza el papel que juega el motor electromagnético en la amortiguación de la resonancia.

Cuando circula corriente por la bobina de un parlante, esta interactúa con el campo magnético del imán y genera una fuerza que desplaza al diafragma hacia adelante o hacia atrás dependiendo del sentido de la corriente ( F = B.i.l ). Sin embargo, el motor también se comporta como un generador, es decir, el movimiento de la bobina sumergida en el campo magnético genera una diferencia de potencial (e) entre sus bornes que depende de la densidad de flujo magnético B, la longitud l y velocidad v de la bobina ( = B.l.v ), y su polaridad es opuesta a la variación del flujo (ver fig. 1).

Faraday Lenz

Figura 1 – 1)Fuerza F generada por la circulación de corriente i. 2) Diferencia de potencial e generada cuando el conductor se mueve a velocidad v.

Se considera un parlante al aire libre y desconectado, o sea, con impedancia infinita entre sus bornes. Al aplicar una fuerza (ya sea un impulso de corriente o un golpe al diafragma) la masa del diafragma y la suspensión comienzan a intercambiar energía reactiva mientras que la resistencia viscosa de la suspensión disipa energía activa. A su vez, en los bornes de la bobina se generan diferencias de potencial debido a que la bobina se está desplazando en un campo magnético. Pero, como el parlante está desconectado, no es posible la circulación de corriente y no se disipa ni transfiere energía. Estas diferencias de potencial son proporcionales a la densidad y velocidad de variación del flujo magnético, es decir, mientras más potente el imán y más rápido se mueva la bobina, mayor será la diferencia de potencial entre los bornes.
Ahora se considera la misma situación con el parlante cortocircuitado, o sea, sus bornes unidos por un cable. Al aplicar una fuerza sucede exactamente lo mismo, pero ahora, debido a que es posible la circulación de corriente, la diferencia de potencial generada en los bornes del parlante provoca circulación de corriente en la bobina. La circulación de corriente en la bobina genera una fuerza ( F=B.i.l ) que mueve al diafragma en sentido opuesto al del desplazamiento. Este efecto es conocido como Back EMF o fuerza electromotriz reflejada y es la amortiguación que provee el motor electromagnético a la resonancia del sistema.
Si se desea, se puede realizar una prueba empírica para percibir este fenómeno. Al golpear suavemente el diafragma de un parlante con sus terminales unidos se escuchará un sonido más “seco” y vacío en baja frecuencia  que si se lo golpea con sus terminales desconectados. Esto es porque en el primer caso estamos permitiendo que el motor y la suspensión amortigüen la resonancia, mientras que en el segundo estamos inhibiendo la acción del motor.

Ahora bien, mientras mayor sea la densidad de flujo (B) que el imán es capaz de generar, mayor será la fuerza electromotriz reflejada y, a su vez, el motor será capaz de generar más fuerza para amortiguar la resonancia. También, mientras menor sea la resistencia a corriente continua de la bobina móvil (Re), mayor será la corriente que circule por la bobina móvil debida a la fuerza electromotriz reflejada. Y por último, mientras más larga sea la bobina (l) mayor será la superficie de interacción entre el conductor y campo magnético, mejorando también la eficacia del motor.

Por lo tanto, Qes relaciona la energía reactiva que posee la masa mecánica del diafragma con la capacidad del motor de generar fuerza electromotriz reflejada. Un valor bajo de Qes (por ejemplo 0.4) indica que el motor magnético del parlante es suficientemente poderoso para controlar la masa del diafragma en la frecuencia de resonancia. Por otro lado, un Qes grande (mayor a 1) indica que el parlante posee una masa mecánica mayor de lo que el motor es capaz de controlar, o también podría indicar que el imán es débil o que la resistencia a continua de la bobina es muy alta.

Cuando el altoparlante está en funcionamiento no tiene sus bornes unidos por un cable, sino que está conectado a un amplificador de potencia con determinada impedancia de salida. Si la impedancia que presentan el amplificador es grande, se le estará agregando dificultad al motor magnético para generar corriente con la fuerza electromotriz reflejada y, en consecuencia, el motor perderá control sobre el diafragma (ver Factor de amortiguamiento).

El parámetro Qts no es más que la suma en paralelo de ambos Q, el eléctrico y el mecánico. Siempre será más bajo que el menor de ambos. Si es mucho más bajo que el Qes puede indicar que el Qms es demasiado chico y se disipa energía en la suspensión o que el Qes es demasiado grande y el motor no tiene control sobre el diafragma.

Bibliografía:
L. L. Beranek, “Acoustics”. McGraw-Hill. Nueva York, EEUU. 1954.
A. N. Thiele. “Loudspeakers in Vented Boxes: Part I and II”. JAES. Nueva York, EEUU. 1971.
B. Pueo, M. Romá. “Electroacústica. Altavoces y Micrófonos”. Pearson Educación. Madrir, España. 2003.

Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Facundo Ramón

7 Comments

  1. Gracias por existir, acabo de entender todo un capitulo lleno de formulas.

  2. Hola Facundo. Lo que me gustaría saber es si esa perdida de control del diafragma por parte del motor se traduce en un peor o borroso sonido. Creo que la teoría es buena pero encontré un fallo que creo que solo con un analizador de audio se puede aclarar. Si tenemos un Altavoz con un buen control sobre la masa móvil y le intercalamos una resistencia en serie con la etapa, ¿se comporta entonces como un motor torpe? Yo creo que no, creo que la perdida de control se atenúa junto con la propia señal atenuada pero habría que teorizarlo o comprobarlo empíricamente.
    Gracias, saludos.

    • Hola Jose, en frecuencias bajas donde la inercia de los diafragmas suele ser grande y la suspensión débil, el control del diafragma es un parámetro importante que influye en la calidad del sonido. Te recomiendo que leas el post de factor de amortiguamiento que tiene mucha información respecto a este tema. Además, ese post va ayudarte a responder la duda que planteas sobre lo que pasa al poner una resistencia en serie con el parlante. Espero que te sea útil.
      Saludos!

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