Conislla Palomino Cristian Gutierrez Altamirano AlanParlante Un Parlante o Altavoz es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de sonido. -En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica. -En la segunda convierte la energía mecánica en ondas de frecuencia acústica. ¿Como funciona un parlante? Fig.1 Las diferentes partes de un parlante Desde el punto de vista técnico, un parlante es un transductor electroacústico. Recibe energía eléctrica y la transforma en energía mecánica que mueve el cono generando energía acústica por compresión y expansión del aire. Ahora vamos a analizar como se realiza esa transferencia energética primaria de eléctrica en mecánica. Para entenderlo debemos introducirnos en el parlante y realizar un corte a nivel del imán. Fig.2 Corte de un parlante El imán cerámico anular tiene el polo sur en la cara superior y el norte en la inferior o viceversa. Fig. es una gran arandela de hierro que sierra el camino magnético de modo que solo quede un pequeño entrehierro que atraviesa la bobina móvil. La bobina móvil esta recorrida por una corriente entregada por el amplificador de audio que genera otro campo magnético en el núcleo de hierro.3 Detalle de la interacción entre el campo El espacio existente entre el borde interno de la arandela que hace de pieza polar superior y el núcleo cilíndrico se llama entrehierro. . En la figura 3 se puede observar un detalle de la interacción entre el campo magnético de la bobina móvil y el del circuito magnético fijo. de modo que esta tenga un huelgo para que pueda deslizarse verticalmente. La araña es una pieza elástica que completa la suspensión del cono de modo que pueda entrar y salir del núcleo cilíndrico sin rozar en el mismo. La pieza polar interna. La pieza polar inferior es en realidad un disco de hierro con un cilindro de hierro soldado en el medio que penetra en el carretel de papel de la bobina móvil. Es un lugar abierto donde existe un enorme ca mpo magnético radial que va desde la arandela hasta el núcleo y por dentro este hacia abajo y luego hacia fuera hasta completar un circuito magnético cerrado alimentado por el imán. Los dos campos magnéticos paralelos dentro del núcleo interaccionan entre si generando una fuerza que mueve al cono en proporción a la corriente circulante por la bobina. Antes que nada vamos a explicar que los parlantes se caracterizan por su Impedancia y no por su resistencia. Potencias de los amplificadores de audio Un amplificador de audio tiene que cumplir siempre con las leyes de la termodinámica. Los parlantes tiene uniformada la resistencia de su bobina móvil en dos valores clásicos de 4 y de 8 Ohms (los parlantes muy antiguos pueden ser de 3. encontrará que tiene alrededor de 6. Esto implica que los amplificadores se pueden comparar de acue rdo a su resistencia de carga y a su tensión de fuente y a continuación vamos a realizar un análisis de ese tipo.5 Ohms. Y la potencia eléctrica entregada al parlante es igual a la tensión aplicada a la bobina móvil multiplicada por la corriente que circula por ella. . que depende del rendimiento del mismo y que no podemos medir fácilmente por tratarse de una unidad acústica (llamada presión sonora) muy difícil de medir. En efecto si tomamos un alambre y los bo binamos sobre un núcleo de hierro debemos esperar un comportamiento inductivo. Esto suele desconcertar a los enconadores d e parlante que terminan realizando un trabajo aproximado o muchas veces exacto pero sin saber el porque. El rendimiento de un parlante se calcula como la potencia eléctrica entregada al mismo dividida por la potencia mecánica que sale del parlante. que no permitirá desenmascarar a una gran cantidad de embaucadores que tiene esta especialidad de la electrónica que es el audio de potencia. Si Ud. toma un parlante de 8 Ohms y lo mide con el tester predispuesto como óhmetro. Pero el alambre utilizado tiene una resistencia considerable y por lo tanto el circuito equivalente de un parlante no es un componente puro sino un R L (en realidad debería ser un R L C pero el C se puede despreciar en prácticamente todos los casos). Y que quede claro que dije la potencia entregada al parlante y no la potencia entregada por el parlante.2 Ohms). Si observa la construcción de un parlante puede ver que tiene una “bobina móvil” y no una “resistencia móvil”. La potencia entregada al parlante no puede ser nunca mayor a la potencia que ingresa por la fuente. Es decir que tiene una resistencia de 3. Fig.Algo que casi nadie tiene en cuenta es que si se dice impedancia de parlante se debe aclarar a que frecuencia. se puede hacer fácilmente utilizando el Multisim tal como lo indicamos en la figura 4.4 Medición de las componentes inductivas y resistivas de un parlante Hagamos un simple cálculo. Como todos los fabricantes dan la impedancia a 1KHz se da por descontad o el hecho y solo se dice “Impedancia de 8 Ohms” o “Impedancia de 4 Ohms” cuando realmente se debería decir “Reactancia Inductiva de 8 Ohms a 1 KHz”. Y si se trata de un parlante de 4 Ohms todo se reduce a la mitad. .5 Ohms. cuanta corriente debe pasar por él? Como I = E/R podemos calcular 1/8 = 0.125 mA Luego variamos el inductor de 1 mHy para que la corriente sea igual a ese valor y obtenemos el circuito equivalente aproximado de un parlante de 8 OHms porque en realidad todo depende del parlante utilizado ya que no todos tienen una resistencia de 6. Con ese dato ¿se puede saber cual es el circuito equivalente de un parlante. ¿Si un parlante de 8 Ohms nominales se alimenta con un generador sinusoidal de 1V eficaz. para tenerlo en cuenta en los diseños de amplificadores o en el cálculo de la potencia de salida del amplificador? Si.25 Ohms y una inductancia de 375 uHy en serie. Ahora que sabemos cual es la resistencia de carga real equivalente a un parlante. el aire se desplaza permanentemente y no hay presión sonora. . porque la bobina móvil está reci biendo una energía eléctrica que no puede transformar en energía mecánica. Fig. ya que luego del cambio inicial de posición del cono. El quería indicar que un transistor es un resistor variable conectado entre dos patas y que el valor de ese resistor depende de la corriente inyectada en la tercer pata del transistor. Nota: esto es algo simbólico para aclarar el tema pero no debe ser realizado en la realidad. Una etapa de excitación de un parlante en su modo mas sencillo puede ser la representada en la figura 5 en donde colocamos un potenciómetro (asimílelo a dos resistores en serie de valor variable) y una fuente de tensión continua.5 Etapa de excitación de un parlante Si el lector lleva el potenciómetro al máximo el cono se mueve y se va a su posición extrema hacia fuera o hacia adentro y si lo lleva a la posición mínima se va a la posición de reposo. Esto significa que entra energía pero no sale y esto implica la ge neración de calor que calienta la bobina móvil. vamos a calcular cual es la potencia máxima que se puede sacar de un amplificador con una tensión de fuente determinada: La etapa de salida de audio genérica ¿De donde proviene el nombre transistor? Según su inventor es una conjunción de trasmisión y resistor. Si es suficientemente grande su tensión no va a variar ni aun a la menor frecuencia que puede salir del amplificador que por lo general se estima en 25 Hz con lo cual el capacitor debe conservar la carga por 1/25 = 40 mS. Como se puede observar. Cuando el potenciómetro está arriba el capacitor se carga. es decir que hacemos una constante de tiempo con la . El problema se puede resolver de dos modos diferentes. Ahora si el cono presiona el aire 1. cuando esta abajo se descarga. lleva el potenciómetro hacia arriba el parlante tiene aplicados 12 V de la fuente menos 6 V del capacitor es decir 6 V positivos. Cuando Ud. escucha un sonido. ¿Y si mueve el potenciómetro siguiendo una ley sinusoidal se escucha una sinusoide? No. Para comenzar hacemos un calculo aproximado por constante de tiempo. La capacidad del mismo tiene que ser suficientemente alta como para que siempre conserve ese valor de tensión aproximadamente. Cuando lo lleva a masa tiene aplicada la carga del capacitor solamente es decir -6V. porque la sinusoide tiene un ciclo negativo y otro positivo y en nuestro caso solo podemos mover el cono en una sola dirección.Ahora imagínese que Ud. aunque como vamos a ver esta recorrido por una CA. realiza el movimiento del potenciómetro a tal velocidad que genera una señal de 1 KHz. A lo sumo generaríamos un semiciclo de una sinusoide. Del otro lado del capacitor la tensión es nula porque el parlante está conectado a masa. Es decir que el capacitor está cargado con 6V. El primero es usando un capacitor electrolítico tal como lo indicamos en la figura 6.6 Etapa de salida genérica con capacitor de acoplamiento Comencemos el ejercicio con el potenciómetro en la mitad de su recorrido. Como vemos ahora tenemos la posibilidad de que el parlante tenga aplicados los dos semiciclos de los sinusoide. Fig.000 veces por segundo y Ud. allí la tensión es igual a 6V. Por ejemplo 50 mS o 0.resistencia del parlante y el capacitor incógnita. En la figura 7 se puede observar el circuito de un generador y un parlante representado por un resistor de 8 Ohms. Fig. En nuestro caso eso ocurre cuando la frecuencia es de 4 Hz lo cual significa que se puede usar un capacitor mas chico por ejemplo de 470 uF y volver a probar con lo que se obtiene un corte de baja frecuencia de 40 Hz totalmente aceptable para nuestros requerimientos.05/8 = 0. .7 Respuesta en bajas frecuencias de un parlante excitado a capacitor La respuesta en frecuencia se mide moviendo el cursos del analizador de Bode hasta que la señal caiga 3 dB aproximadamente.000 uF es decir un valor bastante elevado que por lo general se reemplaza por 4700 uF.05S para hacer número redondos. En lugar de hacer un cálculo aproximado es mejor utilizar el Workbench Multisim para hacer un calculo exacto mediante el analizador de Bode. Ahora que desarrollado nuestro circuito de salida podemos prepararlo como para hacer todas las mediciones posible con osciloscop io. Es decir que RC = 50 mS de donde se deduce que con R de 8 Ohms C = 0. vatímetro y tester para observar las características completas de nuestro circuito con una fuente de 12V y una carga de 8 Ohms.2 mF o 6.0062 F o 6. la señal (de color naranja o gris claro en blanco y negro) la ajustamos para que cubra una tensión de 0V a 12V como se observa con los cursor es azul y rojo adecuadamente ubicados. Para lograrlo el generador de funciones debe ajustarse en 6Vpp (ya sabemos que el W B tiene un modo extraño de indicar la amplitud pico a pico). que en este caso está reemplazado con un generador de funciones. Como estamos imitando un amplificador con una fuente de 12V de CC. 5. Fig.Mediciones sobre el circuito de salida En la figura 8 se puede observar nuestro circuito de salida con los agregados de un osciloscopio. . 4. El tester está midiendo la salida del amplificador y si lo abriéramos indicaría una CA de 4. 1.24V que es el valor eficaz de una señal senoidal con un valor de pico de 6V. 2. 6. El offset debe ajustarse para que la tensión de salida fluctúe entre 0V y 12V y esto ocurre con una tensión offset de 6V. El osciloscopio lo conectamos sobre la salida de señal del amplificador. La frecuencia de medición se elige en 1 KHz que es el valor standard utilizado en audio.8 Mediciones completas sobre la salida de potencia Primero vamos a analizar los puntos donde se realizan las mediciones. un tester y un vatimetro. 3. 24V. ¿Y el generador de funciones? Si no tiene un generador de audio le aconsejamos que utilice la PC como generador de funciones seg ún indicamos a continuación. El medidor de Bode se conecta en la salida del ampli ficador y sobre la carga y la grafica nos permite observar la respuesta con una caída de -3 dB a una frecuencia de 40 Hz. Excite al amplificador con una señal senoidal de 1 KHz y levante el volumen lentamente hasta que escuche una distorsión causada por la saturación del amplificador. Esto implica el uso de un capacitor electrolítico . Dos para medir la tensión sobre la carga y otros dos para medir la corriente por la carga.Nota: un tester digital común no llega a medir una frecuencia de 1 KHz porque solo están preparados para realizar mediciones de 50 Hz. la salida en reposo (sin señal de audio en la entrada) queda en la mitad de la tensión de fuente (por ejemplo 6V en los amplificadores para automóviles con batería de 12V). Calule la potencia y verá como adelgazan los vatios prometidos. Circuitos con doble fuente Como vimos en el punto anterior. no tiene osciloscopio.24W . Con todo lo visto hasta aquí podemos desenmascarar a muchos fabricantes de amplificadores de audio que pueden realizar el milagro de o btener valores de potencia mayores a los indicados como máximos por medición de la tensión de fuente y observando la impedancia del parlante. en cambio si Ud trabaja con un milivoltímetro de CA por ejemplo obtendrá el valor eficaz de la CA de salida es decir 6/1. cuando se alimenta un amplificador con una fuente única. ni vatímetro deberá arreglarse solo con e l tester digital y la sonda agregada para transformarlo en un medidor de pico de CA conectado sobre la salida del amplificador. Si Ud.com. Esta sonda indicará directamente el valor de pico de la salida es decir 12V. El vatímetro tiene cuatro cables de conexión.ar.41 = 4. Ahora vamos a hacer un comentario práctico. baje el volumen hasta que desaparezca la distorsión y mida la salida del amplificador con la sonda y el tester. La potencia de nuestro amplificador es de 2. Recuerde que la tensión de fuente se debe medir a pleno consumo y nunca con el sonido cortado y si el amplificador es estereofónico deben estar consumiendo ambos canales. Le aconsejamos al lector que descargue la Sonda de RF de picerno. En este circuito cuando el potenci ómetro está en el extremo superior la corriente circula hacia abajo por la resistencia de carga y cuando esta en el extremo inferior circula para arriba ya que se adopta el sentido convencional de la circulación de corriente como del positivo al negativo.relativamente grande y caro o una importante perdida de señal en bajas frecuencias. En la figura 10 se puede observar un circuito elemental con un potenciómetro que cumple con este criterio. mientras la salida garantice que va a estar en cero. . Por lo general dada la peligrosidad de esta disposición los amplificadores siempre tienen una protección contra el desbalance de la salida. La solución es una complejidad mayor de la fuente pero una simplificación de la etapa de salida: el uso de una doble fuente positiva y negativa para que la corriente por el parlante tenga posibilidad de invertirse. Nota: no conectamos el medidor de Bode porque la respuesta se extiende hasta 0 Hz es decir CC. En la figura 11 mostramos los oscilogramas correspondientes a esta disposición considerando que las fuentes son de 12V y que la resistencia de carga es de 8 Ohms. Fig.10 Circuito de salida elemental con fuente doble En este caso la condición de reposo de salida es con tensión nula (potenciómetro en el medio) y esto significa que el parlante no necesita tener un capacitor de acoplamiento. puede estar conecta do directamente a la salida. 9W.11 Oscilogramas correspondientes a una salida con doble fuente Ahora podemos observar que la señal de salida tiene una posibilidad de excursionar desde -12V hasta +12V es decir una tensión pico a pico de 24V.96W aprox. . Intuitivamente podemos decir que al aumentar la tensión al doble sin cambiar la resistencia de carga se duplican en ella tanto la tensión como la corriente y esto implica un incremento doble de la potencia que para nuestro ejemplo llega a 8. Esto implica un valor de pico de 12V y un valor eficaz de 8.Fig. La potencia no es el doble.48V tal como lo indica el tester. sino cuatro veces la original ya que en la formula de la potencia la tensión esta elevada al cuadrado.