El mundo en que vivimos está conectado al sonido. A no ser que vivas en la cima de una montaña (qué suerte tienes), lo más probable es que escuches el sonido procedente de un montón de altavoces diferentes a medida que avanzas en tu día a día.
Teléfonos móviles. Televisores. Ascensores. El altavoz Bluetooth del metro que pone a todo volumen cosas que no quieres oír.
Y quizá lo más importante para nosotros, los músicos, es que los altavoces nos permiten escuchar nuestro trabajo con todo detalle.
Pero, ¿cómo funcionan exactamente los altavoces? Aunque no sientas curiosidad por saber cómo se hacen las salchichas sonoras, conviene tener nociones básicas de tecnología de altavoces si piensas pasarte la vida en un estudio.
Fundamentos del sonido
Antes de hablar de los altavoces, repasemos brevemente cómo funciona el sonido.
El sonido es esencialmente energía mecánica en forma de ondas que se mueven a través de un medio, ya sea aire, líquido o sólido.
Este movimiento provoca cambios localizados de presión en función de la forma de la onda, como las ondas que se crean al dejar caer un guijarro (o el teléfono) en el agua.
En la imagen de abajo verás una onda sinusoidal de 1 kHz. ¿Ves cómo se produce un aumento, seguido de una disminución, del nivel de presión sonora en relación con la presión ambiente? Eso es sonido en movimiento.
En el interior de nuestros oídos, miles de diminutas células ciliadas responden a estos cambios de presión, convirtiéndolos en una señal eléctrica que nuestro cerebro puede interpretar como Nickelback. O lo que sea.
Una señal de audio analógica es sonido en forma de energía eléctrica, representada como una forma de onda de tensión. Aquí tienes la misma onda sonora representada como señal eléctrica:
El audio digital es una representación de una señal analógica almacenada en formato binario.
Una señal de audio, ya sea analógica o digital, tiene que volver a convertirse en una onda sonora (energía mecánica) para que nuestros oídos le encuentren sentido.
Entra el altavoz.
Cómo funcionan los altavoces: Conceptos básicos
Antes de entrar en el meollo de los componentes de los altavoces y su funcionamiento, hagamos un rápido repaso de lo que hace un altavoz para recrear el sonido.
Una señal de audio amplificada se envía a una bobina metálica de alambre. Esta bobina reacciona a la corriente eléctrica que fluye a través de ella, interactuando con un imán dentro del altavoz, y hace vibrar un diafragma.
El diafragma mueve el aire, creando ondas sonoras que son una copia exacta de la señal de audio original. Y ¡voilá! Puedes oír a tu madre hablándote desde la otra punta del país.
Obviamente, es una simplificación excesiva. Pero ahora que ya conocemos la versión Cliffs Notes de cómo trabajan los oradores, vamos a desglosarlo todo.
¿Qué hay dentro de un altavoz?
Echemos un vistazo a todas las piezas del altavoz que crean la magia...
El controlador del altavoz
El transductor del altavoz se encarga de convertir la señal eléctrica en ondas sonoras. Es el motor que impulsa la reproducción del sonido del altavoz.
De dentro a fuera, los componentes que forman un altavoz son:
- Polo
- Placa trasera
- Imán
- Placa superior
- Bobina de voz
- Cesta
- Araña
- Cono y envolvente
- Guardapolvo
Poste, parte trasera y placa superior
La pieza polar de un altavoz es como la batuta de un director de orquesta, que mantiene sincronizada la orquesta de sonido que fluye por el altavoz. Es el eje central en torno al cual gira todo el sistema magnético.
La placa trasera se coloca detrás del poste y, como es lógico, la placa superior se coloca encima.
Imán
El imán permanente está rodeado por el polo y las placas para concentrar su campo magnético, y se fija a la cesta del altavoz.
Se denomina imán permanente porque siempre es un imán.
En cambio, la bobina móvil sólo se convierte en imán (o, para ser precisos, en electroimán) cuando recibe corriente eléctrica.
Bobina de voz
La bobina móvil es un cable enrollado alrededor de un pequeño cilindro, a veces llamado bobina. Se parece a un yoyó.
Cuando una señal eléctrica recorre la bobina, ésta se convierte en un electroimán que interactúa con el imán permanente.
Si recuerdas tus clases de ciencias, recordarás que las fuerzas semejantes se repelen y las opuestas se atraen. Esta interacción de fuerzas magnéticas genera el movimiento que empuja la bobina y, en última instancia, crea las ondas sonoras.
Araña y envolvente
La araña es una pieza ondulada de material que soporta la bobina móvil. Mantiene la bobina en su sitio al tiempo que permite que se mueva libremente hacia delante y hacia atrás.
Aunque parezca una contradicción, no lo es. La función principal de las arañas es permitir que la bobina móvil se mueva en una sola dirección, es decir, hacia arriba y hacia abajo. Sin la araña, la bobina móvil iría de un lado para otro dentro de la carcasa del altavoz.
El borde cumple una función similar a la de la araña, salvo que sujeta el cono en la parte superior de la cesta.
El cono
También conocido como diafragma, el cono del altavoz es una de las pocas partes que se pueden ver en un altavoz.
El cono se mueve hacia delante y hacia atrás en respuesta a los impulsos magnéticos de la bobina móvil. El movimiento del cono crea ondas de presión en el aire que lo rodea, creando los sonidos que oyes.
Guardapolvo
Este pequeñín impide que el polvo y las partículas de suciedad entren en el conjunto del altavoz y lo estropeen todo.
Cesta
Es sólo un término elegante para la carcasa que mantiene todas las partes del altavoz juntas. En realidad se parece un poco a una cesta.
Esto es todo lo que compone a un hablante real. Pero en el lenguaje cotidiano, cuando hablamos de hablantes nos referimos a todo el tinglado.
¿Qué más se necesita para que los altavoces funcionen?
Componentes eléctricos
Para que la bobina móvil bombee con tu mermelada tienes que enviarle una señal eléctrica. Esto se hace con terminales de altavoz y un cable trenzado.
Los terminales son pestañas metálicas o puertos de conexión que conectan un cable de audio al altavoz.
Conectado a estos terminales está el cable trenzado que se une a la bobina móvil, dándole el combustible que necesita.
Vivienda
Un altavoz necesita una carcasa, a menudo denominada recinto, para funcionar correctamente por varias razones.
En primer lugar, proporciona un entorno hermético para proteger los distintos componentes del controlador del polvo, la suciedad y los pelos de perro.
En segundo lugar, mitiga la cancelación de fase. Cuando el diafragma de un altavoz se mueve, crea ondas sonoras en ambas direcciones. Sin la carcasa, estas ondas se anularían entre sí.
Por último, el recinto influye en cómo se distribuye el sonido. El sonido puede dirigirse en una dirección concreta y las frecuencias bajas pueden sintonizarse adecuadamente.
La carcasa es de un material grueso y poco flexible. La madera o el MDF de densidad media son habituales, aunque también se utiliza el plástico.
Amplificación
Todo esto está muy bien, pero un altavoz por sí solo no va a emitir nada útil.
Aunque hay altavoces de diferentes formas y tamaños, todos comparten el mismo requisito: una señal de audio más potente que la señal de nivel de línea enviada por los dispositivos de reproducción, como un televisor o una interfaz de audio .
Se utiliza un amplificador de potencia para elevar la señal de nivel de línea a nivel de altavoz. Dependiendo de los altavoces, puede tratarse de una unidad externa o integrada en la propia carcasa del altavoz.
Altavoces activos
Los altavoces activos tienen un amplificador incorporado Los Yamaha HS5 son unos populares altavoces activos para monitorización en estudio.
Altavoces pasivos
Los altavoces pasivos necesitan un amplificador de potencia externo para generar ondas sonoras a partir de la señal de audio.
El JBL PRX412 es un robusto ejemplo de altavoz pasivo que requiere un amplificador de potencia externo para darle suficiente potencia acústica.
¿Cómo producen los altavoces las distintas frecuencias?
Hasta ahora hemos visto cómo los altavoces transforman la energía eléctrica (una señal) en ondas de presión en el aire y, por tanto, en sonido.
Pero no todas las frecuencias son iguales, y un solo altavoz que intente cubrir todas las bases (con perdón del juego de palabras) será realmente pobre.
Por eso se ven montones de altavoces en los conciertos. Algunos cubren las frecuencias graves (los subwoofers y woofers), otros la gama media y los pequeños tweeters se encargan de todas las gamas de frecuencias altas.
Todos estos altavoces están construidos de forma diferente, para manejar las distintas frecuencias de las que se ocupan.
Pero no todo el mundo quiere una pila gigante de altavoces en su estudio (o salón), por no hablar del lío de etapas de potencia y crossovers.
El altavoz multidireccional.
Altavoces Multi-Driver
Los altavoces con varios transductores utilizan 2, 3 o incluso 4 transductores de distintos tamaños para manejar diferentes frecuencias. El más habitual es el altavoz de doble transductor, a veces denominado altavoz de 2 vías.
Dentro de una caja acústica de 2 vías hay un crossover que envía todas las frecuencias altas al tweeter, y la gama de frecuencias medias y bajas al woofer, mediante un filtro de paso alto y otro de paso bajo.
Utilizar un crossover de esta forma significa que el altavoz produce una gama completa de frecuencias de salida, al tiempo que mantiene una calidad de sonido que un único transductor por sí solo no podría lograr.
Si estás haciendo música en tu estudio casero, lo más probable es que utilices un altavoz de 2 vías para monitorización, como el Yamaha HS5 mencionado anteriormente, o el KRK Rokit 5 G4, en la foto de abajo.
Los altavoces de dos vías están bien para grabar y mezclar en tu propio estudio. Pero a la hora de masterizar (tanto si utilizas un servicio en línea como eMastered, como si se lo encargas a una persona real) querrás un poco más de detalle, por lo que los altavoces de 3 o 4 vías te servirán mejor.
Lo mismo ocurre en los estudios de grabación comerciales. Puede que utilicen un par de altavoces de monitorización amplificados para grabar y monitorizar, pero a la hora de mezclar encienden a los chicos malos.
¿Qué es la impedancia de un altavoz?
La impedancia del altavoz es esencialmente una forma de medir la resistencia total del flujo de corriente eléctrica en el altavoz.
Medida en ohmios, la impedancia procede tanto de la resistencia del cable de la bobina como de la inductancia causada por el bobinado de ese cable en una bobina. La inductancia es diferente de la resistencia porque cambia con la frecuencia, lo que se denomina reactancia inductiva.
Debido a esta variable, la impedancia es diferente de la resistencia "normal", y se calcula mediante una fórmula complicada que los músicos no deberían tener que entender nunca.
En cambio, debes saber que es importante que la impedancia de los altavoces y el amplificador sea la misma. Una impedancia desajustada puede reducir la calidad de audio, sobrecalentar y, en casos extremos, dañar el equipo.
Recuerda, niños, que siempre hay que emparejar los altavoces con amplificadores compatibles.
Potencia del altavoz frente a sensibilidad del altavoz
Más grande es mejor, ¿no?
No siempre es así. La mayoría de la gente, cuando compara altavoces, atribuye una mayor potencia (en vatios) a un mayor volumen. Pero, en la práctica, ¿serás capaz de aprovechar al máximo esa potencia?
Una forma mejor de comparar altavoces es fijarse en su sensibilidad. Se mide en decibelios y cuantifica la eficacia con la que un altavoz convierte la energía eléctrica en sonido.
Una mayor sensibilidad significa que un altavoz puede producir más sonido con la misma potencia. En otras palabras, es más eficaz a la hora de convertir la electricidad en ondas sonoras.
La medición de la sensibilidad de los altavoces nivela el campo de juego cuando se trata de comparar la eficacia y la salida de los altavoces.
Sin embargo, sigue siendo importante tener en cuenta la capacidad de un altavoz para manejar la potencia si vas a utilizar un amplificador externo. La medida representa la potencia eléctrica que puede soportar el altavoz sin sufrir daños, por lo que es importante asegurarse de que el amplificador tenga una potencia de salida equivalente a la del altavoz.
La elección de altavoces de alta o baja sensibilidad depende de los requisitos de la configuración. Si la eficiencia energética es importante (por ejemplo, en altavoces portátiles o sistemas estéreo para el coche), lo mejor es una alta sensibilidad, mientras que en una configuración de audio profesional es posible que desee altavoces con una mayor capacidad de potencia.
Respuesta en frecuencia
Cuando hablamos de la respuesta en frecuencia de un altavoz, nos referimos a su capacidad para reproducir el sonido en toda una gama de frecuencias.
Ningún altavoz es perfecto, por lo que un gráfico de respuesta en frecuencia nos ayuda a ver dónde puede haber picos o caídas en las frecuencias en las que acentúa o no su rendimiento.
Hay un par de razones por las que la respuesta en frecuencia de un altavoz o altavoces concretos es importante.
En primer lugar, ayuda a la hora de diseñar un sistema de varios altavoces y a determinar dónde colocar los divisores de frecuencias.
En segundo lugar, ayuda a elegir los mejores altavoces para el trabajo de audio concreto que tienes en mente.
Aunque muchos altavoces de consumo tienen una ligera "sonrisa" en su respuesta en frecuencia para endulzar el audio, como productor musical quieres un par de altavoces con una respuesta en frecuencia plana.
De este modo, ningún instrumento o muestra quedará enmascarado por una caída en las frecuencias producidas, ni sonará más alto de lo que realmente es debido a un pico en el gráfico.
Esencialmente, una respuesta en frecuencia plana en los altavoces garantizará que todo lo que escuche sea lo más parecido posible a lo real.
¿Y los auriculares?
Los auriculares utilizan la misma tecnología que los altavoces. De hecho, son pequeños altavoces que se colocan sobre (o dentro de) los oídos.
¿Cómo funcionan los altavoces estéreo?
Un solo altavoz (generalmente) transmite el sonido en mono. Para obtener un campo sonoro estéreo, necesitas dos altavoces mono que alimenten la señal de audio izquierda y derecha respectivamente, colocados de forma adecuada.
Pero, ¿alguna vez ha mirado una barra de sonido y se ha preguntado cómo se crea el campo estéreo?
Las unidades de un solo altavoz diseñadas para producir una imagen estéreo tienen varios transductores colocados por toda la unidad.
La señal estéreo se divide en los canales izquierdo y derecho y se envía en cantidades variables a cada transductor para obtener una imagen estéreo completa.
Los altavoces de este tipo suelen venir con un altavoz adicional, un subwoofer, que se encarga de las bajas frecuencias y de la voz de Batman.
¿Quién inventó el altavoz?
Como ocurre con muchos inventos de principios del siglo XX, es difícil determinar con exactitud quién inventó el altavoz. Surgió con el tiempo, cuando científicos e inventores empezaron a comprender mejor las ondas sonoras y la corriente eléctrica.
Alexander Graham Bell (famoso por inventar el teléfono) realizó importantes contribuciones a las tecnologías relacionadas con el sonido, entre ellas el desarrollo de una primera versión del altavoz a finales del siglo XIX.
A finales de ese siglo, Oliver Lodge inventó el primer altavoz de bobina móvil. En 1915, el ingeniero danés Peter L. Jensen y Edward Pridham obtuvieron una patente por su invención de un altavoz electrodinámico con una bobina de alambre unida a un diafragma situado en un campo magnético.
Al otro lado del charco, en 1925, Edward W. Kellogg y Chester W. Rice diseñaron un altavoz dinámico con cono cuya licencia acabaron concediendo a RCA. Este diseño incluía muchos aspectos que se consideran la base de la tecnología moderna de altavoces.
Hace falta un pueblo y todo eso. Basta con decir que un montón de cabezas de cono dedicaron incontables horas de trabajo para que hoy puedas disfrutar de los conciertos de Nickelback con total fidelidad.
El futuro de los altavoces
La tecnología es cada vez más pequeña y barata. Todos lo sabemos. Pero en lo que respecta a los altavoces, los fundamentos de la tecnología no han cambiado mucho desde que se inventaron.
De hecho, los altavoces son una de las tecnologías más ineficientes que utilizamos hoy en día. Más del 99% de la energía que entra en el altavoz genera algo distinto del sonido. La mayor parte se convierte en calor.
Es un poco sorprendente que la EPA no haya prohibido el uso de altavoces debido a su escaso rendimiento energético.
Pero gracias a un nuevo material descubierto en 2004 los altavoces del futuro podrían ser diferentes.
El grafeno es un material extremadamente ligero, lo que significa que necesita mucha menos energía para moverse de un lado a otro y crear una onda de presión. Excelentes noticias si eres un tweeter.
Si los científicos logran producir grafeno a gran escala e integrarlo en aplicaciones comerciales, los altavoces del futuro podrían ser más ligeros y mucho más eficientes energéticamente.
Hasta que llegue ese día, tendremos que conformarnos con minicalentadores que generan cambios en la presión del aire debido a señales eléctricas, es decir, el altavoz.
¡Ahora salid y escuchad la música!
