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Vibración de diafragma

Un diafragma ideal se define como una superficie rígida y liviana capaz de vibrar a cualquier frecuencia sin deformarse. Por desgracia, un elemento con esas características no existe en la realidad. En este post se analiza el comportamiento y las limitaciones de los diafragmas de altoparlantes.

Cualquier objeto físico tiene masa [kg] y, por lo tanto, encontrará un límite en su capacidad para vibrar a altas frecuencias. Esto se debe a la inercia o Primera ley de Newton, donde se plantea una relación entre la fuerza F aplicada a un objeto de masa m y la aceleración a que adquiere.

F = m.a

En otras palabras, una masa tiene la capacidad de acumular velocidad a lo largo del tiempo (acelerar) cuando recibe una fuerza. La clave en este punto es el tiempo. Una masa pequeña alcanza mayor velocidad que una grande al recibir la misma fuerza durante el mismo tiempo. Si relacionamos velocidad con frecuencia, resulta simple entender que una masa grande (más pesada) tendrá más problemas para vibrar rápido (cambios rápidos de velocidad) que una masa pequeña. En electroacústica la masa de un elemento se suele relacionar con el comportamiento de un inductor, el cual ofrece mayor oposición a medida que aumenta la frecuencia.

El material más utilizado en la fabricación de altoparlantes es el papel prensado o cartón. Sin embargo, también los hay hechos de plástico polipropileno, aluminio, kevlar, fibra de carbón o materiales compuestos. En líneas generales, los materiales utilizados buscan optimizar la relación entre rigidez y peso. Se pretende mucha rigidez con poco peso.

images

Ya entendemos por qué es importante que el diafragma sea liviano. Ahora concentrémonos en la rigidez. Además de poder vibrar a cualquier frecuencia un diafragma ideal no debe deformarse y, de nuevo, esto no es posible en la realidad. Todo objeto físico tiene elasticidad, es decir, se deforma cuando recibe una fuerza.

klipel

En la imagen se puede observar un diafragma de altoparlante vibrando por encima de su frecuencia de pistón. Los puntos en azul generan presión positiva mientras que los puntos en rojo generan presón negativa. Es decir, en el mismo diafragma hay generadores funcionando fuera de fase. Este fenómeno es muy estudiado por los fabricantes a la hora de definir la geometría y el material de un diafragma. El objetivo es evitar la generación de modos normales de vibración en las frecuencias de trabajo.

Se define como región de pistón al rango de frecuencias en las que el diafragma se mueve sin deformación. Luego de determinada frecuencia (break up frequency) se comienzan a observar modos normales y el diafragma se deforma. Es este fenómeno uno de los principales responsables en definir la respuesta en frecuencia y el diagrama de directividad del componente.

En resumen, un diafragma debe ser suficientemente liviano para alcanzar altas frecuencias pero suficientemente rígido para no deformarse en el intento.

Quien desee profundizar puede encontrar más información en el siguiente link:

https://www.klippel.de/know-how/literature/papers.html

Ing. Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Facundo Ramón

2 Comments

  1. Excelente articulo. Muy Interesante. Habrá más información sobre la influencia del amortiguamiento sobre la radiación de los modos en el cono? Realmente es un parámetro influyente aparte de la rigidez de la membrana?

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