DISEÑO DE CAJAS ACÚSTICAS
PARA UN ALTAVOZ DADO
Remberto Gómez Meda
1- MEDICIÓN DE PARÁMETROS-
Aunque algunos fabricantes de altavoces proporcionan ya los parámetros Thiele-Small de sus productos, y se espera (y se desea) que en el futuro todos ellos lo hagan, es frecuente la necesidad de efectuar la medición de estos parámetros para un altavoz en particular. Esto se hace midiendo la variación de su impedancia con respecto a la frecuencia, utilizando el siguiente equipo:
Un ohmetro digital, o un puente de Wheatstone.
Un generador de onda senoidal de baja distorsión y de baja frecuencia (10 Hz. a 1 KHz.).
Un osciloscopio.
Una resistencia de valor mayor al de la impedancia de salida del generador (típicamente, 100 Ohms).
Y:
Un cuerpo pequeño, no magnético, de peso conocido (típicamente, 2 gramos ), o bien:
Una caja con respiradero, en donde pueda ser montado el altavoz.
El procedimiento es como sigue:
se miden con el ohmetro o con el puente la resistencia limitadora (Rlim) y la resistencia en corriente directa de la bobina del altavoz (Re).
Se suspende el altavoz lo mas lejos que sea prácticamente posible de paredes, piso u otra superficie plana, y se conecta al equipo como muestra la figura 1.
Figura 1
Ajustando el voltaje de salida del generador (Vg) digamos a 1 volt, se hace variar la frecuencia hasta obtener el máximo voltaje en las terminales del altavoz (Va), y una línea recta en la pantalla del osciloscopio (esto indica cero diferencia de fase entre Vg y Va ), este valor de frecuencia será nuestro primer parámetro, es decir, fs. Se mide el voltaje en el altavoz en fs (Vs).
Con el se calculan:
y:
y se miden las frecuencias f1 y f2 donde Va = Vr (ver figura 2)
Figura 2
Con ellas se calcula:
nuestro segundo parámetro.
A manera de comprobación: 
debe ser aproximadamente igual a fs.
Para medir Vas se proporcionan dos métodos. El primero consiste en adherir un cuerpo pequeño no magnético de peso (masa) conocido al cono del altavoz, lo mas cercano posible a la bobina, de modo que pueda retirarse después sin dañar el cono, y medir la nueva frecuencia de resonancia fsm. Con ésta se calculara:
Y Vas es dado en cm
3.
.
Figura 3
Para altavoces circulares:
donde rd = Radio efectivo del cono del altavoz, en cm.(figura 3)
En nuestro sistema de medición a un cuerpo con masa de un gramo se le asigna un gramo de peso. Así, basta pesar el cuerpo pequeño que vaya a usarse, junto con el medio de fijación (cinta adhesiva, pegamento débil, plastilina, etc.), y utilizar la magnitud del peso como la masa m.
Algunas veces no se tiene acceso a una balanza capaz de pesar con precisión un cuerpo de pocos gramos. Puede utilizarse como referencia, por ejemplo, un comprimido medicinal, para calibrar una masa de prueba mas duradera, utilizando el siguiente método:
se fija al altavoz la masa de prueba duradera utilizando, por ejemplo, cinta de aislar, y se mide su nueva frecuencia de resonancia (fsm1), por el método antes descrito.
Se fija, además de la masa de prueba, el comprimido medicinal de peso (masa) conocido, utilizando el mismo medio de fijación (con el mismo trozo de cinta de aislar, por ejemplo), y se mide la nueva frecuencia de resonancia resultante (fsm2).
Con estas se calculan:
y:
El segundo método para la medición de Vas consiste en montar el altavoz en una caja con respiradero vacía, es decir, sin relleno acústico, y medir nuevamente la variación de su impedancia con la frecuencia, utilizando el mismo circuito de la figura 1.
El voltaje en el altavoz (Va) variara ahora con la frecuencia como lo muestra la figura 4.
Figura 4
Por el método antes descrito se miden las frecuencias fl y fh. Después se bloquea cuidadosamente el respiradero de la caja, con lo que el voltaje en el altavoz variara otra vez con la frecuencia como muestra la figura 2 , y se mide la nueva frecuencia de resonancia fsb1. Con ellas se calcula:
donde Vb1 es el volumen interno neto de la caja con respiradero, es decir, descontando del volumen total el ocupado por el altavoz, el respiradero y los refuerzos de la caja. Vb1 es aproximadamente igual al 90 % del volumen interno total de la caja, en la mayoría de los casos.
Estos tres parámetros determinan principalmente:
fs - la frecuencia mas baja que puede reproducir el sistema,
Qt - lo plana que puede ser la respuesta de frecuencia, y
Vas - el tamaño de la caja acústica.
En la practica, las opciones de diseño se ven limitadas por el valor de Qt. Este puede hacerse aumentar conectando una resistencia en serie con el altavoz, y puede hacerse disminuir cubriendo la parte trasera del mismo con aislante acústico. En ambos casos, las mediciones deben repetirse para el altavoz modificado.
En el diseño de cajas acústicas con respiradero, para calcular el area mínima del mencionado respiradero, se utiliza otro parámetro del altavoz: el desplazamiento máximo del cono (xmax). Puede medirse utilizando una tira de madera y una regla, colocándolas como en la Figura 5:
Figura 5
Se marca sobre la regla el punto donde toca a la tira de madera con el cono en reposo. Se presiona entonces el cono hacia abajo con cuidado hasta donde sea posible, marcando sobre la regla el nuevo punto donde toca a la tira de madera.
xmax será igual a la distancia entre los dos puntos.
Una vez obtenidos estos parámetros para el altavoz, pueden calcularse las medidas de la caja en la cual éste tenga la óptima respuesta de frecuencia utilizando alguno de los programas disponibles en Internet para este fin. Como por ejemplo:
O también calcular las medidas directamente en
