Cómo Funcionan los Parlantes
COMO FUNCIONAN LOS PARLANTES DE BOBINA MOVIL
Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de energía en otro. Un parlante (o altavoz) de bobina móvil es un transductor electro-mecánico, es decir, que transforma energía eléctrica en sonora (i.e., energía acústica audible para el ser humano).
La mayoría de los parlantes de bobina móvil tienen 5 partes básicas: bobina móvil cilíndrica, imán anular, disco y cilindro central concéntrico (ambas piezas de material ferromagnético muy permeable al campo magnético), y 'cono' o diafragma cónico de cartón o plástico, adherido a la bobina.
Algunas de las antiguas "muñecas que hablan" usaban el principio del viejo fonógrafo: en su interior tenían una púa de cristal que recorría los surcos de un pequeño disco plástico que giraba al presionar la muñeca. El surco tenía relieves con la información sonora, y una lengüeta de latón transmitía las vibraciones de la púa a un cono plástico, que al vibrar reproducía un "ma-má". En este caso, el parlante era un transductor de energía mecánica en energía mecánica, y sin bobina.
Mediante la implementación de una bobina móvil y la utilización de fuertes imanes, el parlante puede reproducir mayor rango de frecuencias sonoras a grandes potencias y con menor distorsión.
El voltaje de salida del amplificador de un equipo de música, radio o TV, tiene las variaciones del sonido que se quiere reproducir. Si se conecta la salida del amplificador a la bobina móvil, circula una corriente con las variaciones correspondientes al sonido. Debido a un principio básico de la Naturaleza (Ley de Ampère, una de las 4 leyes del Electromagnetismo), la corriente en la bobina genera un campo magnético igualmente variable.
El imán y las dos piezas ferromagnéticas (disco y cilindro central), forman un circuito magnético con entrehierro en la zona donde está la bobina. En la Figura se ha esquematizado con 3 flechas el sentido del flujo magnético dentro del circuito magnético. Las piezas ferromagnéticas desvían el campo del imán al entrehierro donde, por otro principio (Ley de Gauss del magnetismo), se cierran las líneas de campo magnético entre el polo magnético norte N´ inducido en el cilindro central, y el polo magnético sur S del imán, dejando a la bobina inmersa en el campo estático.
La corriente eléctrica variable (o el campo magnético variable generado), interactúa con el campo estático, produciéndose una fuerza magnética (de Lorentz) sobre la corriente (y por lo tanto sobre la bobina). La magnitud de esta fuerza es proporcional al campo estático y a la intensidad de la corriente (es decir, sigue las variaciones de la corriente), mientras que su dirección es perpendicular al plano que forman la corriente variable y el campo estático. Por lo tanto, la bobina se desplaza longitudinalmente según las variaciones de la corriente.
Como la bobina móvil se encuentra adherida al cono, éste se mueve desplazando el aire hacia atrás y adelante (como se esquematiza con una doble flecha), generando longitudinalmente ondas elásticas de presión (es decir, ondas acústicas). De éstas, las que varían aproximadamente entre unos 20 y 20000 ciclos por segundo (20 Hz - 20 kHz), producen vibraciones en pequeños huesos del oído, que son detectadas por el sistema auditivo humano.
Los teléfonos solo requieren parlantes para reconocer la voz humana, y generalmente reproducen bien el rango 350 - 3500 Hz. Pero cuando un equipo de música usa un único parlante, éste debe cubrir un rango mayor de frecuencias de sonido, y por lo tanto se utilizan los denominados parlantes de "rango extendido". Sin embargo, este tipo de parlantes suele atenuar las frecuencias muy bajas y/o las muy altas. Por lo tanto, en alta fidelidad ("Hi-Fi") se utilizan tipos especializados de parlantes.
Muchas cajas acústicas o "baffles", poseen un parlante de rango extendido con un parlante de baja frecuencia denominado "woofer", diseñado para reproducir eficientemente sonidos bajo los 2 kHz. Otros tienen además un transductor de alta frecuencia más pequeño, denominado "tweeter". Algunos tienen hasta un cuarto transductor denominado "supertweeter", para las frecuencias más altas. Sin embargo, hay que destacar que muchos de estos transductores de alta frecuencia están basados en un principio físico diferente, ya que no tienen bobina móvil. En cambio, utilizan cristales piezoeléctricos que se contraen y dilatan según el voltaje aplicado.
En la actualidad, la impedancia de la bobina de los parlantes es de 4 a 32 ohm (generalmente 8 ohm), mientras que los que utilizan piezoeléctricos, tienen una impedancia muchísimo mayor, ya que son materiales dieléctricos no conductores.
Los terminales eléctricos de la bobina móvil, en principio no tienen polaridad. Sin embargo, cuando el equipo tiene más de un parlante, es importante que las ondas sean emitidas en fase (para evitar distorsión), y por lo tanto, uno de los terminales se indica como positivo con un "+" o con una marca de color rojo. Si se conecta una pila a la bobina móvil, el cono se mueve hacia adelante cuando el positivo de la pila está conectado al terminal rojo.
En general, los terminales negativos de los parlantes de un baffle, se conectan todos juntos al negativo de la salida del amplificador, mientras que los positivos pasan a través de un filtro pasivo formado por resistencias, bobinas y condensadores, denominado "divisor de frecuencias". Estos filtros hacen que a cada tipo de parlante llegue sin atenuación solo el rango de frecuencias de interés (sin calentar la bobina con frecuencias que no van a salir fielmente reproducidas).
Los materiales más utilizados en imanes permanentes para parlantes son cerámicos de la familia de las "ferritas duras" (óxidos de bario, manganeso, zinc, hierro y otros elementos). Es importante señalar que con imanes permanentes más potentes (magnéticamente más duros) se pueden fabricar parlantes de mayor potencia, menor atenuación de bajas frecuencias y menor tamaño.
Los "superimanes" con samario, praseodimio y neodimio (elementos químicos de la familia de Tierras Raras) desarrollados en los 70´s, y los de neodimio-hierro-boro de los 80´s, han permitido tener auriculares miniaturizados de alta fidelidad y buena reproducción de bajas frecuencias, sin necesidad de las cajas plásticas acolchadas que cubrían las orejas.
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