27.- Procedimiento para diseñar un sist

Procedimiento Lógico Para Diseñar Un
Sistema High-End Para Subwoofers
Cuando se diseña un sistema para woofer en una aplicación automotriz
high-end, se debe seguir un procedimiento lógico. Los factores más
importantes sin tamaño, desempeño, costo y facilidad de fabricación.
El primer paso es decidir cuanto espacio se le quiere dedicar a tu sistema
de woofer; generalmente, entre más grande es mejor. Esta desición
afectará inevitablemente los otros parámetros del proceso de instalación.
Los sistemas con alto rendimiento generalmente requieren de woofers
grandes y cajas grandes, lo que usualmente eleva el costo del sistema y
alarga el tiempo requerido para la construcción.
Después de que te has decidido sobre cuanto espacio ocupará tu sistema
de woofer, debes determinar que tipo de caja es la correcta para tu
aplicación particular. El sistema más simple es el “free air”. Este sistema no
es más que una barrera que separa el frente de la bocina de la parte
trasera de la misma, esta barrera es llamada “baffle”. Una instalación típica
de este sistema consiste en montar el (los) woofer (s) en la parte trasera
del vehículo (sombrerera). Para cualquier tipo de instalación “free air” es
muy importante que no exista un espacio por el cual el sonido pueda pasar
de la parte trasera de la bocina hacia la parte frontal, si esto pasara, habría
cancelaciones y la cantidad de bajo se reduciría.
Un sistema “free air” es probablemente la manera más fácil de instalar
woofers en tu auto. Puedes esperar buen rendimiento de este tipo de
instalaciones, y debido a que no hay cajas que diseñar o construir, el
tiempo y costo de la instalación son mínimos. Desafortunadamente, hay
varias desventajas sobre este tipo de sistemas. Cuando una bocina es
montada en una caja, el aire dentro de la misma actúa como un resorte en
contra del cono de la bocina, lo que resulta en presión que provee
amortiguamiento mecánico y previene un movimiento excesivo del cono.
Pero en una instalación “free air” no se requiere de una caja, por tal
motivo, el amortiguamiento mecánico es muy pobre, resultando en falta
de definición. La potencia admisible de la bocina se ve también
comprometida debido a que un baffle infinito provee un control muy
pobre en la excursión del cono.
El segundo tipo de sistema es la “caja sellada”, y es similar al diseño “free
air”. Una caja sellada es justamente eso: un recinto TOTALMENTE sellado.
Debido a que el woofer es montado en una cara de la caja, no hay espacio
por el cual el sonido pueda viajar de la parte trasera de la bocina hacia el
frente de la misma. Las cajas selladas son muy fáciles de diseñar y
construir, y generalmente trabajan muy bien con la mayoría de los
woofers. Excelente amortiguamiento, buen manejo de potencia y facilidad
de diseño y construcción hacen el sistema sellado una opción ideal para
muchos instaladores.
Sin embargo, hay algunos inconvenientes sobre el uso de este tipo de
cajas. Usar una caja que sea sumamente pequeña puede tener efectos
adversos tanto en la cantidad de sonido (volumen) como en el desempeño
de los sub-bajos. La eficiencia es otro punto en contra, típicamente, las
cajas selladas son menos eficientes que las ventiladas (ver abajo) y
requieren de más poder y ecualización para lograr niveles de salida
comparables.
El mayor desempeño se obtendrá montando el woofer en una “caja
ventilada”. Los sistemas ventilados, también conocidos como porteados o
bass-reflex, usan un ducto para ayudar a “entonar” el desempeño de la
bocina. Un buen diseño ventilado proveerá esencialmente una respuesta
plana justo antes del punto f3 con el sistema trabajando por debajo de
este punto. A medida que la frecuencia se acerca a este punto (en el que la
caja está entonada), la salida creada en el puerto incrementará y se llegará
al punto en que sea totalmente “acústico” reduciendo además al mínimo
la excursión del woofer. A esta frecuencia, la salida provendrá casi
exclusivamente del puerto y la excursión del woofer estará al mínimo. Esto
es algo diferente al sistema sellado, en donde la excursión del cono
incremente cuatro veces por cada octava de reducción en la frecuencia.
Reducir la excursión significa menor distorsión, debido a que el puerto no
está sujeto a las limitaciones de suspensión del woofer. El aspecto del
control de la excursión en un buen sistema ventilado es de fundamental
importancia, especialmente en sistemas de alto desempeño donde se
desea altos niveles de salida con poca distorsión.
La desventaja más grande de las cajas ventiladas es la complejidad
creciente sobre otros diseños, pobre rendimiento cuando se diseña
incorrectamente y llevar el woofer por debajo de la frecuencia de
entonación. Sin embargo, nota que la mayoría de los fabricantes de
woofers proveen especificaciones, planos de construcción y graficas de
entonación que te permiten construir sistemas ventilados relativamente
fáciles.
Una vez que hayas seleccionado el tipo de caja, puedes empezar el
proceso de seleccionar el (los) woofer (s). para un sistema “free air” se
requiere de un woofer con “low compliance”. Este tipo de woofers
usualmente tienen una suspensión reducida y un gran imán, ambos para
compensar el pobre amortiguamiento inherente a este tipo de sistemas.
Por otro lado, los sistemas sellados, requieren de “high-compliance”. Esto
para proveer de buena respuesta a bajas frecuencias sin un
amortiguamiento excesivo, estos woofers tienen casi invariablemente
suspensiones “flojas”. Si se usa una caja sellada pequeña, el cono debe ser
construido de materiales pesados y deben ser capaces de manejar altos
niveles de excursión. Los materiales pesados típicos son plástico,
polipropileno y papel plastificado.
Los sistemas ventilados, como los “free air”, trabajan mejor con woofers
“low compliance”. Las propiedades bajas de excursión de los sistemas
ventilados permiten el uso de un cono más rígido. Esto resulta en menos
distorsión, mejor repuesta transitoria y mejor control. Adicionalmente
estos woofers tienen a ser más eficientes debido a que tienen conos más
livianos. Se debe notar sin embargo, que casi cualquier tipo de woofer
trabajará en este tipo de sistema siempre y cuando la caja sea
correctamente diseñada.
Para seleccionar el tamaño del woofer, debes considerar el volumen
disponible para la caja así como la salida acústica deseada. Muchos
fabricantes ofrecen gráficas que especifican el volumen recomendado
para sus bocinas. Típicamente, un woofer de 10” requerirá un volumen de 1
a 1.5 pies cúbicos, uno de 12” de 1 a 3 pies cúbicos y uno de 15” de 4 a 10
pies cúbicos.
Como probablemente habrás notado, woofers grandes siempre sonarán
más que los pequeños en cualquier instalación. La razón es simple. La
salida acústica está directamente relacionada con el volumen de aire
desplazado por el cono. Esto es similar a un pistón dentro de un motor. En
el caso del woofer, el cono es el pistón y la excursión el la biela.
Obviamente, al incrementar el diámetro del woofer o su excursión, la
salida del mismo aumentará también.
Típicamente, los woofers menores a 8” serán incapaces de producir
suficiente salida acústica a bajas frecuencias sin haber altos niveles de
excursión. Por otro lado, los woofers mayores a 15” sufrirán de pobre
respuesta transitoria debido a la gran masa de sus conos.
En instalaciones en donde los woofers grandes son imprácticos, se puede
usar una configuración de muchos woofers pequeños. En algunos casos,
muchos woofers pequeños pueden sonar más que uno grande. La ventaja
de usar muchos woofers es que requerirán menos volumen, la desventaja
es que cada woofer requiere de alimentación del amplificador además de
que puede haber problemas de fase.
La relación de sistemas que a continuación presento puede ayudarte a
decidir entre usar pocos woofers grandes o muchos pequeños.
(A = área del cono; E = excursión del cono en un sentido; F = frecuencia
más baja deseada; P = poder acústico deseado.)
• Si el área del cono es duplicado, la excursión será la mitad: 2A = E/2
• Si el área del cono se divide en 2, la excusión de duplicará: A/2 = 2E
• Si la frecuencia es dividida en 2, la excursión incrementa por 4: F/2 = 4E
• Si la frecuencia se duplica, la excursión se reduce por 4: 2F = E/4
• Si la excursión es dividida en 2, el poder acústico redivide en 2: E/2 = P/”
• Si la excursión se duplica, el poder acústico se duplica: 2E = 2P
A partir de estas ecuaciones, puedes determinar el mejor método para tu
instalación, como una guía: 5 woofers de 8”, 3 de 12” y 2 de 15”tendrán
niveles de salida acústica similares.
Conociendo el tamaño y tipo de caja, más el tipo, tamaño y número de
woofers requeridos te lleva a la parte divertida: seleccionar un woofer de
los cientos que hay disponibles. El costo de los woofers varía
dramáticamente, así como su calidad. Guíate por la eficiencia de tu woofer.
La eficiencia es como MPG: entre más eficiente sea tu woofer, se requerirá
de menor potencia para moverlo.
La eficiencia es medida de dos formas.
La primera es la eficiencia referida en half-space, que se mide en
porcentaje. El segundo método es el nivel de presión sonora (SPL) a 1
metro con un watt de potencia aplicada. En ambos casos, mayores
números siempre serán mejores.
La eficiencia es relativa a varios factores. La masa del cono afecta
drásticamente la eficiencia. Si se triplica la masa del cono, se reduce a la
mitad la salida acústica. El tamaño del imán es también un factor
importante, teóricamente, al duplicar el tamaño del imán de duplicará la
eficiencia. La forma seccional del conductor usado en la bobina es
importante también. Un cable rectangular es más eficiente que un circular
o redondo.
El manejo de potencia es un criterio importante cuando se busca un
woofer. Se cuidadoso cuando se comparan. Algunos fabricantes dan
medidas RMS, otros publican Potencia Máxima. Usualmente la Potencia
Máxima duplica la potencia RMS. La diferencia en estas dos medidas y
fácilmente entendibles. Debido a que temperatura de la bobina
corresponde al nivel de salida de la música, una fuente con mucha
información transitoria calentará la bobina a menos grados que en una
onda sinoidal continua.
La capacidad de manejo de potencia de un woofer está directamente
relacionada a la habilidad de la bobina de disipar el calor. Las bobinas
grandes tienen una superficie mayor y son capaces de disipar más calor
que las pequeñas. Una pieza ventilada (usualmente como un hoyo en el
centro del imán) es también importante. Otra forma de ventilación es un
guadapolvos ventilado. Esto permite al aire circular sobre la bobina para
enfriarla. Además mantiene niveles excesivos de presión proveniente de la
bobina, que si no se checa regularmente, podrá volar en pedazos.