ES2328692T3 - Caja de altavoces. - Google Patents

Abstract

Caja de altavoces (1) con unas paredes de carcasa (2a - 2d) que forman un cuerpo hueco y por lo menos una zona de pared reflectante del sonido, para la reproducción acústicamente fiel, en particular para la gama de graves, con uno o varios convertidores acústicos (3, 4), preferentemente altavoces electrodinámicos, que están situados en la carcasa en la zona de pared reflectante del sonido, estando previsto un dispositivo para controlar la presión en el cuerpo hueco mediante una disposición de válvulas, caracterizada porque la carcasa (2) de la caja de altavoces (1) presenta por lo menos dos válvulas anti-retorno (5a, 5b), de las cuales una abre como orificio de salida en caso de aumento de presión y la otra abre como orificio de entrada cuando disminuye la presión en el cuerpo hueco.

Description

Caja de altavoces.

La invención se refiere a una caja de altavoces con unas paredes de carcasa que forman un cuerpo y por lo menos una zona de pared reflectante del sonido para la reproducción acústicamente fiel, en particular para el campo de los sonidos graves, con uno o varios convertidores electroacústicos, preferentemente altavoces electrodinámicos, que están situados en la carcasa en la zona de pared reflectante del sonido, estando previsto un dispositivo para controlar la pre-
sión en el interior del cuerpo hueco mediante un sistema de válvulas, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

Por el documento US-6 353 670 B1 se conoce un sistema de altavoces esencialmente conforme al preámbulo anterior, en el que se efectúa un control electrónico de un altavoz instalado en la carcasa mediante un dispositivo para el control activo de la presión (control device), donde se menciona una válvula de control. En este caso la calidad de la radiación acústica depende del tratamiento de la señal en el circuito electrónico. Con respecto al estado de la técnica hay que remitir también al documento DE-A1 - 195 37 401, de acuerdo con el cual es conocido el hecho de prever en la pared de la carcasa de un altavoz una válvula equilibradora de presión 23. Sin embargo ésta es con mucho demasiado pequeña como para poder tener un efecto en el sentido del objeto de la invención (diámetro del orificio de la válvula de 6 Pm a 100 Pm). La válvula de equilibrado de presiones sirve únicamente para equilibrar la presión y temperatura con respecto al entorno, con el fin de que a la larga no se puedan formar en el interior del cuerpo hueco unos valores demasiado altos de presión y temperatura.

En la reproducción de sonidos musicales con alto grado de fidelidad de reproducción, denominados HI Fidelity, se utilizan cajas de altavoces. Una caja de altavoces convencional consiste por lo general de una carcasa que suele estar realizada en los materiales tales como madera, tableros MDF (tableros de fibras de densidad media con superficie lisa compactada), piedra o plástico, así como el convertidor acústico, también denominado chasis. Por razones físicas, la fidelidad de reproducción de la música depende de la respuesta de frecuencia adecuada. Lo ideal sería un convertidor electroacústico que reproduzca todo el espectro de frecuencias, pero en la práctica es difícil de realizar. En lugar de un único convertidor electroacústico de banda ancha se emplean varios convertidores acústicos, por lo general 2, 3 ó 4. Las combinaciones con dos convertidores acústicos se designan en la bibliografía especializada como combinaciones de 2 vías, y las de tres, correspondientemente como combinaciones de 3 vías.

Últimamente se están imponiendo los llamados Subwoofer para subrayar e intensificar la reproducción de graves, y que se componen de un altavoz de paso de bajos instalado y cerrado en el interior de un cuerpo de mueble.

Una caja de altavoces de 3 vías tiene chasis de graves, medios y agudos. En la reproducción musical se alimentan los chasis con señales eléctricas procedentes de un amplificador. La alimentación de la bobina del altavoz con una tensión alterna provoca que la bobina que va fijada en un imán permanente entre el polo Norte y el polo Sur, se convierta en un electroimán que de acuerdo con los impulsos eléctricos que recibe comienza a vibrar. Las vibraciones de la bobina, la cual a su vez está unida a la membrana del altavoz, son las responsables del movimiento vibratorio de la membrana, que en último efecto es la que genera los sonidos.

Tal como ya se ha subrayado antes, los chasis se disponen en una carcasa, que en particular está fabricada de tableros duros de MDF. Aquí aparecen algunos problemas que dan lugar a unos importantes deterioros del sonido e incluso a falseamiento de sonidos. Al evaluar la calidad del sonido de una caja de altavoces terminada juegan un papel importante parámetros tales como el grado de rendimiento y el factor de distorsión no lineal. Al desarrollar la caja del altavoz se tiende por lo general a que la reproducción musical tenga lugar con un alto grado de rendimiento y escasa distorsión. Para ello se presta especial atención a la reproducción acústica de unos bajos claros, unos agudos finos y precisos y unas voces características.

Para la mayoría de los problemas que surgen durante la reproducción acústica la responsabilidad es de los tonos graves. La vibración indeseable de la carcasa, las ondas estacionarias, el bajo grado de rendimiento y la distorsión del sonido son consecuencia de una forma de construcción no óptima. A lo largo de los últimos 20 años se han impuesto algunas versiones típicas de altavoces tales como carcasas cerradas y carcasas de reflejo de bajos, de las cuales se tratará a continuación.

Una caja de altavoces cerrada tiene una estructura relativamente sencilla y representa una caja herméticamente cerrada cuyo objetivo es el de impedir que coincidan el frente de ondas del convertidor acústico radiado hacia atrás y el radiado por la cara frontal de la membrana. El movimiento de avance y retroceso de la membrana dentro de una carcasa cerrada da lugar, debido al efecto de compresión, a que la cantidad de aire encerrada actúe como un muelle, lo que incrementa las resonancias del altavoz y debilita la reproducción de graves. Durante el movimiento de la membrana va variando la presión del aire encerrado en la caja, es decir que el aire se va comprimiendo o distendiendo. El aire comprimido actúa como un freno sobre el movimiento de la membrana. En el caso más desfavorable esto da lugar a empeoramiento del grado de rendimiento y a la distorsión del sonido. Cuanto menor sea el volumen de la carcasa tanto mayor es el efecto de muelle debido al aire y tanto mayor es el debilitamiento de la reproducción de graves. En general las cajas de altavoces cerradas tienen un grado de rendimiento acústico más bajo. Un grado de rendimiento bajo exige mayor potencia eléctrica de un amplificador, lo que en general lleva consigo un encarecimiento de la instalación musical y un aumento indeseable de los gastos de corriente.

Una alternativa a la caja de altavoces cerrada es la que se denomina carcasa de reflejo de graves. Una caja de reflejos aprovecha el sonido posterior de un convertidor acústico. Esto se consigue porque en un lado de la carcasa se instalan uno o dos tubos. Un tubo reflectante correctamente diseñado y ajustado al diseño de la carcasa aporta algunas ventajas que se reflejan en una marcada reproducción de graves y en un mayor grado de rendimiento.

A pesar de estas ventajas hay que combatir algunos problemas considerables en el caso de una disposición de este tipo. La realización de reflejo de graves presenta ciertamente un menor efecto de freno, o incluso ninguno. Pero esto también puede repercutir negativamente cuando el altavoz de graves recibe un impulso intenso. En este caso la bobina puede llegar a tocar la superficie del imán, lo que podría dar lugar a un empeoramiento del sonido y a daños del altavoz. Otros problemas son las molestas vibraciones de la caja que influyen muy negativamente en la reproducción del sonido, que dan lugar en la carcasa a ondas estacionarias y también a pérdidas de flujo en el tubo de aire, que a su vez dan lugar a ruidos molestos, en algunos casos a rugidos. Las vibraciones de la carcasa se reducen porque la carcasa no es de madera, como p.ej. de pino, sino de un material más caro y por lo general considerablemente más pesado, tal como tableros MDF, mármol, etc. El hecho de renunciar a materiales de madera, que sin embargo se han acreditado en la construcción de instrumentos musicales, empeora a su vez la calidad del sonido. Para seguir evitando las resonancias, las cajas reflectantes se llenan de un material insonorizador. Ahora bien, los materiales convencionales tales como lana mineral, guata de poliéster y similares, también empeoran la resonancia de la oquedad y con ello la profundidad de reproducción de graves así como un grado de rendimiento considerablemente menor.

Al efectuar el diseño de una instalación de altavoces, uno de los objetivos de diseño usuales es conseguir una reproducción del sonido especialmente fiel y un alto grado de rendimiento acústico. El objetivo de la invención es el de crear una caja de altavoces con un grado de rendimiento notablemente superior y una reproducción natural del sonido, especialmente en la gama de los graves profundos, superando los problemas antes citados del estado de la técnica, donde no puedan aparecer resonancias molestas y ondas acústicas estacionarias que son las responsables de un notable empeoramiento de la fidelidad de reproducción de la música e incluso del falseamiento.

De acuerdo con la invención se resuelve este objetivo en una caja de altavoces conforme al preámbulo de la reivindicación 1, por las características indicadas en la parte identificativa de la reivindicación 1, concretamente porque la carcasa de la caja de altavoces presenta por lo menos dos válvulas anti-retorno, una de las cuales abre como orificio de salida al aumentar la presión en el cuerpo hueco, y la otra como orificio de entrada en caso de una disminución de presión. Resulta especialmente ventajoso si la sección de paso de las válvulas anti-retorno se puede controlar en función de la presión acústica o de una magnitud análoga a la presión acústica. Otros perfeccionamientos ventajosos se describen en las reivindicaciones 3 a 8.

Este diseño totalmente novedoso de una caja de altavoces da lugar a que debido al trabajo de las válvulas anti-retorno durante la reproducción de la señal se cumplan unas condiciones físicas óptimas tales que impidan la aparición de resonancias indeseables de la carcasa y de ruidos de zumbido. Además se puede mejorar de este modo el grado de rendimiento del altavoz de forma considerable (hasta 6-10 dB) y alcanzar una sobresaliente calidad acústica.

Mediante el trabajo sintonizado de las válvulas se logra una presión óptima algo superior a la presión atmosférica. De este modo, un diseño de este tipo combina las ventajas tanto de una caja cerrada como de una caja reflectora de bajos, lo cual a su vez se refleja en una reproducción del sonido mejor y con menos pérdidas. Las demás ventajas que se pueden conseguir con la invención consisten especialmente en que debido al trabajo de las válvulas anti-retorno que se ajusta de acuerdo con los impulsos de presión emitidos por la membrana del altavoz se puede conseguir un nivel de presión favorable para un funcionamiento del chasis óptimo, cuidadoso y más pobre en distorsiones.

Un sistema de esta clase resulta además especialmente ventajoso cuando se emplea en los así denominados Subwoofer activos o pasivos.

Un ejemplo de realización de la invención se describe a continuación con mayor detalle sirviéndose del dibujo.

La única figura muestra en una representación esquemática y simplificada una caja de altavoces 1 que se compone de una carcasa 2, fabricada por ejemplo en madera. La caja de altavoces 1 según la figura está prevista para la reproducción del sonido y para ello comprende una carcasa 2 con pared delantera 2a, pared posterior 2d y pared de cubierta y del fondo 2c, 2d. Para efectos de simplificación no se han representado las dos paredes laterales. En el interior de la carcasa 2 están instalados uno o varios altavoces. En el ejemplo de realización, la caja de altavoces comprende un altavoz de graves 3 y un altavoz de agudos 4, separados físicamente entre sí por una pared de separación de la carcasa 8, de modo que se forman dos cámaras de la carcasa, 2.1 (zona de graves) y 2.2 (zona de agudos). La caja de altavoces 1 está realizada por lo tanto como caja de altavoces de dos vías. Alternativamente, la caja de altavoces 1 puede comprender también solamente uno o varios, en particular 3 altavoces. Los chasis 3 y 4 van dispuestos por ejemplo en la placa frontal 2a de la carcasa 2. El altavoz de graves está realizado para aprox. 20-5.000 Hz y el altavoz de agudos para aprox. 2.000-20.000 Hz. Al aplicar un impulso eléctrico, se desplaza la membrana (no representada con detalle) del "altavoz de graves" 3 en sentido hacia la pared delantera 2a o hacia la pared trasera 2b. Durante el movimiento de la membrana hacia la pared trasera 2b se comprime la cantidad de aire encerrada en la zona de graves 2.1, lo que da lugar a un aumento de la presión del aire. Esta presión superior acciona una unidad de control 6b de la válvula anti-retorno 5b, que sirve como válvula de salida dependiente de la presión, tal como indica la flecha del flujo de aire f1, y por lo tanto deja escapar una cantidad de aire. De este modo se reduce la presión. En el otro caso, la membrana se desplaza desde (3) en sentido hacia la pared delantera 2a y provoca la dilatación del aire, que es responsable de una reducción de la presión del aire. La presión más baja actúa sobre la unidad de control 6a de la válvula anti-retorno 5a, que sirve como válvula de entrada dependiente de la presión, tal como indica la flecha de flujo de aire f2, y por lo tanto deja entrar una cantidad de aire en la zona de graves 2.1. Por lo tanto aumenta la presión del aire.

Tal como se puede ver, la caja de altavoces 1 lleva en su pared posterior 2b los dos orificios (9a, 9b), para la colocación de los conjuntos de válvula anti-retorno 7a, 5a, 7b, 5b. Pero también pueden estar previstos más de dos orificios y conjuntos de válvulas anti-retorno. Los orificios 9a, 9b están dispuestos en una de las paredes exteriores 2a, 2b, en este ejemplo en la pared exterior 2b. En particular, en los orificios 9a, 9b va colocado en cada uno un trozo de tubo 7a, 7b y en el interior de los trozos de tubo 7a, 7b está unida con ellos fluídicamente una válvula anti-retorno 5a, 5b.

La caja de altavoces se puede realizar ventajosamente como caja Subwoofer. Las válvulas anti-retorno 5a, 5b también pueden tener su sección de paso controlable en función de una magnitud análoga a la presión acústica.

La sección de paso (Q) de la válvula anti-retorno 5a, 5b está situada preferentemente dentro de un campo de 50 mm^{2} < Q < 10^{4} mm^{2}.

Lista de referencias

1

Caja de altavoces

2

Carcasa

2a

Pared delantera

2b

Pared posterior

2c, 2d

Pared de cubierta o del fondo respectivamente

3

Altavoz de graves

4

Altavoz de agudos

8

Pared de separación de la carcasa

2.1., 2.2

Cámaras de la carcasa

5a, 5b

Válvulas anti-retorno

6a, 6b

Unidades de control

f1, f2

Flechas indicadoras del flujo de aire

7a, 7b

Trozos de tubo

9a, 9b

Orificios.

Claims (8)

1. Caja de altavoces (1) con unas paredes de carcasa (2a - 2d) que forman un cuerpo hueco y por lo menos una zona de pared reflectante del sonido, para la reproducción acústicamente fiel, en particular para la gama de graves, con uno o varios convertidores acústicos (3, 4), preferentemente altavoces electrodinámicos, que están situados en la carcasa en la zona de pared reflectante del sonido, estando previsto un dispositivo para controlar la presión en el cuerpo hueco mediante una disposición de válvulas, caracterizada porque la carcasa (2) de la caja de altavoces (1) presenta por lo menos dos válvulas anti-retorno (5a, 5b), de las cuales una abre como orificio de salida en caso de aumento de presión y la otra abre como orificio de entrada cuando disminuye la presión en el cuerpo hueco.

2. Caja de altavoces según la reivindicación 1, caracterizada porque la sección de paso de las válvulas anti-retorno (5a, 5b) es controlable en función de la presión acústica o de una magnitud análoga a la presión acústica.

3. Caja de altavoces según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las válvulas anti-retorno (5a, 5b) para la gama de graves están diseñadas entre 20-5.000 Hz, y para la gama de medios entre 1.000-10.000 Hz.

4. Caja de altavoces según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la carcasa (2) presenta dos cámaras, de las cuales una de las cámaras de la carcasa (2.1) destinada a la gama de graves está separada físicamente por medio de una placa (8) de la otra cámara de la carcasa (2.2) destinada a otra gama de frecuencias.

5. Caja de altavoces según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la caja de altavoces presenta por lo menos un orificio (9a, 9b) para encajar sistemas de válvulas anti-retorno (7a, 5a; 7b, 5b).

6. Caja de altavoces según a reivindicación 5, caracterizada porque en los orificios (9a, 9b) están colocados sendos trozos de tubo (7a, 7b) y en el interior de cada uno de los trozos de tubo (7a, 7b) está una válvula anti-retorno (9a, 9b) unida fluídicamente con él.

7. Caja de altavoces según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por estar realizada como caja de Subwoofer.

8. Caja de altavoces según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por una sección de paso (Q) de las válvulas anti-retorno (5a, 5b) dentro del campo de

50 mm^{2} < Q < 10^{4} mm^{2}