Filtro de Columna de Altavoces 

Objetivos

    Los objetivos que se persiguen en esta página son el tratamiento de sistemas pasivos dentro de los circuitos convencionales discretos y el estudio la respuesta en Frecuencia del filtro en sus tres salidas, el diagrama de Bode en fase y magnitud, comparación con los resultados teóricos.

Esta práctica incluye una tarea de PRE-LABORATORIO consistente en la lectura detallada de toda la información sobre componentes pasivos y altavoces que se presenta en la WEB.

Esta práctica incluye una tarea de LABORATORIO consistente en la construcción y medida de un filtro pasivo.

El Porqué: EL GRAN PROBLEMA DE LOS ALTAVOCES

    Todo el mundo se habrá fijado en que los bafles de los equipos de audio no tienen un solo altavoz, sino dos, tres, o a veces más.

    Salvo extrañas excepciones, cuando un bafle tiene un solo altavoz (radiocasettes, altavoces para el ordenador,...) no suelen sonar demasiado bien. El problema es que no todos los altavoces pueden reproducir correctamente todo el rango de frecuencias audibles.

    Para crear graves hay que desplazar una gran cantidad de aire, y para eso hace falta un altavoz grande. (Ver figura 1) Este altavoz tendrá masa, y será difícil moverlo a altas frecuencias, ya que el tiempo que tarda en adquirir velocidad el cono es grande.

Figura 1. Altavoz Rompe Tímpanos.

    Un tweeter o altavoz de agudos puede estar sometido a campos de 1000 G, aunque la reducida masa de la cúpula hace que la fuerza que acelera la cúpula sea de 20-25 N. Esto sería impensable con las pesadas membranas de los woofer o altavoz de graves.

    Lo contrario ocurre con altavoces pequeños. Para mover un gran volumen de aire con un pistón, puedes tener mucha área y poco desplazamiento o mucho desplazamiento y poca área. El problema es que existen restricciones a la excursión máxima de la membrana.

 

Para crear sonido sin distorsión, la primera suposición es que el proceso de creación del sonido es adiabático. Si el aire se comprime, este proceso deja de serlo, y esto ocurre cuando la presión es muy elevada. La presión depende de la superficie, y la presión que crea un pistón pequeño no es perfecta, ya que el aire ofrece resistencia al movimiento, y cuanto mayor sea el movimiento, mayor será la compresión del aire, y mayor la distorsión.

 

La membrana está sujeta por dos puntos, que se encargan de mantenerla centrada. La elongación de estos materiales que sujetan la membrana es finita, y además suelen ser elásticos, por lo que absorben y devuelven energía de la membrana y producen distorsión. Como el fin de la suspensión es mantener el cono en su sitio, no pueden tener una longitud infinita, por lo que un desplazamiento muy amplio, además de causar distorsión, puede llegar a romper el altavoz.

 

El campo magnético creado por el imán no es perfectamente homogéneo. A una cierta distancia, la líneas de flujo magnético empiezan a separarse, y el valor del campo magnético en el eje no se mantiene constante, sino que empieza a disminuir. Esto causa distorsión.

SOLUCIÓN

    La solución a este problema es tan simple como combinar varios tipos de altavoces especializados en agudos, medios, graves, medios-graves, subgraves...para conseguir que la respuesta en frecuencia sea cubierta correctamente.

            PERO NOrrrrrr  !!!!!!!

    Si las cosas fuesen tan fáciles como esto, nadie estaría pensando en realizar esta práctica en la asignatura ...  (a veces las apariencias engañan)

    Lo ideal en este punto es que a cada altavoz le llegue la banda de frecuencia que puede reproducir sin problemas y sin distorsión. Existen varias maneras de hacer este proceso, llamado filtrado. De momento, nos vamos a ocupar sólo de los filtros pasivos.

    Más información en La enfermedad de los altavoces. (Enlace con la WEB original)

   En esta práctica no se va a trabajar con una representación gráfica del esquema a analizar sino con su descripción en nodos del circuito con formato simular al utilizado por los Simuladores compatibles con formato SPICE.

Recursos WEB

   Dados que sois muchos los que me habéis preguntado por el tema de los Altavoces y equipos de HI-FI, os invíto a navegar por esta página de Recursos WEB que dispone de toneladas de información.

Material a Utilizar

Componentes
L1 6.4 mH
C1 12 uF  /  ?? V
L2 1.2 mH
C2 10 uF  /  ?? V
L3 0.5 mH
C3 8.2 uF  /  ?? V
L4 0.35 mH
C4 3.3 uF  /  ?? V
Altavoz Graves

8 Ω / Máximo 8 W

o en su defecto una carga artificial de 8 Ω  que pueda disipar al menos 8 W

Altavoz Medio

8 Ω / Máximo 8 W

o en su defecto una carga artificial de 8 Ω  que pueda disipar al menos 8 W

Altavoz Agudos

8 Ω / Máximo 8 W

o en su defecto una carga artificial de 8 Ω  que pueda disipar al menos 8 W

Espadín Macho

Separador del Circuito
Soporte de Bobina

CFA1

Soporte de Bobina

CFA2

Manguera de Portero Electrónico

8 o más pares

   

 

Advertencias de los Componentes

Bobinas

    Otra cosa sobre las bobinas. En cualquier tipo de filtro, sea como sea, no se deben poner bobinas en el mismo plano NUNCA, los campos magnéticos se acoplan y puede pasar cualquier cosa. Las bobinas deben colocarse perpendiculares, con ángulos de 90º. Esto reduce bastante la inducción entre ellas.

Condensadores

Simulación Con ESpice.

    Esta práctica se va a simular con el Simulador de Circuitos de propósito general ESPICE. E-SPICE es una versión en Español desarrollada en BC++ 5.01 en el Dpto. de Electrónica de la Universidad de Granada y es una herramienta didáctica cuyo uso consolida la formación del alumno en la simulación de circuitos.

  Si durante su uso se detecta algún error o 'bug' se ruega comunicarlo por email al desarrollador de la aplicación amroldan@ugr.es.  Esta versión es completa y gratuita y compatible con el Formato Standar SPICE3 y puede ser descargado en:

  E-SPICE 3F5  [1.34 M]
 Manual SPICE [315 K]

Esquema Eléctrico del Circuito

     En este caso el Esquema del Circuito se distribuye mediante su descripción nodal en un fichero .CIR con formato compatible SPICE.

Titulo: Filtro para Columnas de Altavoces. Prac. N 2 CCE

*Elemento Nodo_1 Nodo_2 Valor

*Comentarios

Speaker Passive Filter
 

*Generador Equivalente Salida del Altavoz
vin 10 0 ac 1 dc 0
rgen 10 1 8


l1 1 2 6.4mh
c1 2 0 12uf
rg 2 0 8
c2 1 3 10uf
l2 3 0 1.2mh
l3 3 4 0.5mh
c3 4 0 8.2uf
rm 4 0 8
c4 3 5 3.3uf
l4 5 0 0.35mh
ra 5 0 8

.control
 *Análisis AC del filtro desde 10 Hz a 30KHz con 200 puntos lineales
 ac lin 200 10 30e3

*Representación Gráfica de las señales de salida en ejes logarítmicos
 plot mag(v(2)) mag(v(4)) mag(v(5)) xlimit 20 20k xlog
.endc

.end
 

Fichero .cir del Filtro de Altavoces

Diagrama de Bode de Salida del Filtro de Altavoces

Coste de la Implementación

     Como en la práctica anterior se requiere del alumno el cálculo el coste completo del Material/Mano de obra del montaje del Filtro de Altavoz.   Debes introducir mejoras en la Edición del Listado de Material utilizado en la práctica anterior.

   En esta práctica solo se trabajará con el coste real en Material/mano de obra y NO existirán condiciones de precios normalizados.

Fotos de los Alumnos en Prácticas

 

 

Memoria a entregar

    Se deberá entregar una memoria descriptiva del trabajo realizado que incluya al menos la siguiente información:

Notas Obtenidas

Apellidos, Nombre Calificación

Sánchez Sánchez, Rafael

C D E G A H

Gálvez Doncel, Juan

 

Sánchez López, Pablo

C D I J F H B

Hernández Lara, Juan José

E B G D

Rodriguez Alcolea, José Tomás

Simulación y Documento en Word

Pena Martínez, Anna

A B F

Saracino, Francesco

I B A D H

Braga Gómez, Juan Abelardo

G E C B

Molina López, Fco.

E K J A G B

Castillo López, José Antonio

C F J B

Romero Moreno, Antonio

I B A E J
Martínez Perez, José Ramón T C J G
Guerrero Soriano, Enrique C D B H J
Morales Ruiz, José Manuel G J

San Martín Molina, Darío

D J C H

Todos aquellos alumnos que habiendo entregado la práctica Nº2 no aparezcan en la lista, hablen con el profesor Andrés Roldán

 

Códigos de ERROR

A: Cálculo de Impedancias

B: Presupuesto

C: Claridad en el Esquema

D: Cálculo en Tensión de Condensadores

E: Serigrafía

F: Función de Transferencia

G: Diagrama de Bode

H: Potencia disipadas en altavoces

I: Dibujos no propietarios

J: Diagramas Polo/Cero

K: Representación 3D