Anatomía del altavoz: Factores que influyen en la calidad del sonido

Que todos los altavoces del mercado no suenan igual ni siquiera en gamas de productos similares es algo que a nadie se nos escapa. Las causas son múltiples y de orígenes bien distintos, aunque a pesar de lo que se nos quiera vender por ahí no hay nada de "magia", (aunque quizá exista algo de esoterismo), sólo física, teoría de materiales y más física.

En este artículo vamos a tratar de desgranar algunas de estas claves y explicar de forma sintetizada el porqué de la diferencia en el sonido de los altavoces.

Todo altavoz convencional está básicamente formado por un conjunto de transductores electromagnéticos que transforman la energía eléctrica procedente del amplificador en ondas sonoras.

Estos transductores se instalan en las denominadas cajas acústicas, que a diferencia de las de los instrumentos musicales, en general no tienen la misión de amplificar el sonido (aunque se pueden diseñar para que sí lo hagan), sino de evitar que las ondas de la parte trasera de la membrana salgan hacia la parte delantera produciendo el denominado 'cortocircuito acústico' que produce anulaciones de ondas a diferentes frecuencias (sobre todo graves).

Tipo, materiales y tamaño de los drivers

La primera causa del diferente sonido de los altavoces es el diseño y construcción de los transductores, también conocidos como drivers. Aunque la forma básica y las diferentes partes suelen ser prácticamente idénticas, su tipología y sobre todo los materiales con los que están construidos varían enormemente, haciendo que el resultado final, así como el precio, se mueva dentro de un amplio abanico de posibilidades.

Así, en función del tipo podemos encontrarnos, entre otros, con drivers de funcionamiento dinámico o de bobina móvil tanto de cúpula como de cono (son los más comunes y los que todos conocemos normalmente), electrostáticos, piezoeléctricos, de cinta, etc.

Cada uno de estos tipos tiene sus peculiaridades y casos de uso recomendados. Por ejemplo, los dinámicos de cono son los típicos que todos conocemos para frecuencias medias y graves, y los de cúpula son empleados para tweeters en los que se necesita buena dispersión horizontal y vertical aunque menos potencia, en caso contrario se usan los de cinta.

Además de la tipología tenemos un sinfín de materiales de construcción, destacando sobre todo la variedad de las membranas de los altavoces de cono. Desde los primeros fabricados papel, que siguen siendo utilizados en la actualidad, pasamos por materiales sintéticos como el polipropileno, el polimetilpenteno, la fibra de carbono, el kevlar, o el aluminio y el titanio en el caso de los tweeters.

Como os podéis imaginar, cada material aporta características y diferentes. Así, por ejemplo, el papel suele usarse por ser barato y ofrecer unos excelentes resultados con una respuesta en frecuencia bastante plana, aunque presenta el inconveniente de que es menos resistente que el resto de materiales, por lo que debe ser revestido con barnices o lacas que le doten de mayor dureza y resistencia ante por ejemplo la humedad, que de lo contrario lo deterioraría rápidamente.

¿Otro ejemplo? pues tenemos el kevlar, material que se usa para fabricar desde el fuselaje de aviones y barcos hasta chalecos antibalas. Se caracteriza por su alta resistencia y por mantener sus cualidades mecánicas muy bien con el paso del tiempo. Suele ser empleado en membranas de altavoces que vayan a soportar mucha potencia, aunque como contrapartida ofrece cierta tendencia hacia la resonancia de algunas frecuencias medias-altas que le restan calidad al sonido final reproducido si no se tiene cuidado.

Para terminar este apartado, no podemos dejar de hablar del tamaño de los drivers, un factor determinante a la hora de ofrecer un sonido de calidad, sobre todo a bajas frecuencias (podéis ver aquí el artículo que dedicamos a este tema en relación con los televisores planos).

Y es que la respuesta en frecuencia de los drivers está íntimamente relacionada con su tamaño. Por ejemplo, para reproducir con fidelidad frecuencias graves a niveles de presión acústica adecuados necesitamos drivers con membranas de tamaño considerable (de 6 pulgadas para arriba).

De lo contrario obtendremos un sonido con falta de graves (inferiores a unos 80-100 Hz) e incluso en algunos casos extremos de medias-graves (hasta unos 200-300 Hz) de calidad. Es decir, no son capaces de mantener una amplitud decente con niveles de distorsión por debajo de lo audible por el usuario medio.

Y de forma inversa sucede con las frecuencias agudas, que requieren de tamaños más reducidos que les permitan vibrar a la velocidad requerida y sin problemas de sobrecalentamiento del conjunto móvil.

Ejemplo Tweeter de cúpula

El filtro de frecuencias, ese gran desconocido

¿Qué pasa si utilizamos un driver fuera del rango ideal de funcionamiento? Pues que no se comportará correctamente e incluso puede llegar a dañarse. Por ejemplo, si usamos un tweeter como altavoz de graves lo más probable es que no soporte la potencia del amplificador y acabe por romperse rápidamente.

También tenemos el caso contrario, es decir, tomamos un altavoz grande diseñado para reproducir graves y le obligamos a que reproduzca altas frecuencias a gran potencia. Además de que la respuesta frecuencial y de dispersión sonora no será todo lo buena que debería, el conjunto móvil podría sufrir de un calentamiento excesivo si no está bien ventilado y el driver se deteriorará en poco tiempo.

¿Cómo resolver este problema? Pues mediante los filtros de frecuencia, que son básicamente componentes electrónicos que separan la señal de audio que queremos reproducir en diferentes bandas de frecuencia, a partir de la llamada frecuencia de corte, que se solapan entre sí y que son enviadas a cada uno de los drivers del bafle.

Ejemplo filtro 3 vías

Este proceso nos da lugar a las denominadas 'vías del altavoz', que no es más que la cantidad de bloques de frecuencia en los que se ha dividido la señal musical. Por ejemplo, los más comunes son los de 2 vías (dos bloques de frecuencia, uno para los medios-graves y otro para los agudos) y los de tres vías (tres bloques de frecuencia: graves, medios y agudos).

No hay que confundir número de vías con número de drivers o transductores dentro de un altavoz, ya que no tienen por qué coincidir. Así, por ejemplo, podemos tener un altavoz de dos vías con una determinada frecuencia de corte (por ejemplo 3 KHz) que tenga un tweeter y un driver de medios-graves, o bien otro con la misma frecuencia de corte con un tweeter y 4 drivers de medios-graves.

¿Por qué poner más drivers? pues principalmente para incrementar la potencia soportada por el bafle (generalmente a bajas frecuencias) y así conseguir más presión acústica en el punto de escucha que con un solo transductor.

Los filtros pueden ser de muy diferentes clases y órdenes (a mayor orden mayor es la caída y menor el solapamiento entre bandas) y estar construidos con muy variados materiales que influyen en la calidad del sonido y en la potencia eléctrica soportada.

Además, en general podemos distinguir dos tipos, los filtros pasivos y los activos. Los primeros son los que se incluyen en las cajas pasivas y no cuentan con alimentación eléctrica. Están formados por bobinas, condensadores y resistencias y son los más comunes, los que encontramos en la mayoría de bafles domésticos del mercado. Los activos, por su parte, necesitan de alimentación y suelen formar parte de la sección de amplificación y usarse en actividades más profesionales (altavoces de monitorización, por ejemplo).

La caja acústica: Materiales y formatos

El siguiente gran factor determinante de la calidad y color o tonalidades frecuenciales predominantes en un altavoz es la caja acústica que aloja los drivers. Aunque las destinadas a gamas bajas pueden construirse en materiales plásticos, lo normal es que se use algún tipo de madera, ya que este material ofrece mejores cualidades físicas, aunque claro, hay que saber elegir la madera que usemos en la caja.

Lo normal hoy en día es usar madera de densidad media, también conocida como DM, por sus buenas propiedades mecánicas y estabilidad en todas las direcciones espaciales a lo largo del tiempo, y también , por qué no decirlo, por su reducido precio. El problema que presenta esta madera es su relativamente poca densidad que nos obliga a usar espesores elevados si queremos un buen aislamiento.

No obstante, es infinitamente mejor que el aglomerado que se ha usado en los altavoces de gama baja (y no tan baja) durante bastante tiempo debido a su reducido precio y que cuenta con la desventaja de tener muy baja densidad, permitiendo que la caja vibre introduciendo interferencias, además de tener muy malas cualidades a la hora mecanizar la madera.

Ejemplo de construcción de superficie curva con laminados

En los altavoces de gama más alta, sin embargo, suelen huir de este tipo de maderas de conglomerado (tanto del aglomerado como del DM que al fin y al cabo no dejan de ser virutas de madera prensadas) y se decantan más por madera maciza natural o por laminados prensados a alta presión, ya sean éstos realizados por las propias marcas a partir de finas láminas individuales (por ejemplo para realizar curvaturas en marcas como Bowers & Wilkins o Sonus Faber) o comprados directamente a distribuidores en tableros de grosores de entre 1 y 3 cm.

Las ventajas de estos laminados (que no son lo mismo que los contrachapados de los centros de bricolaje) son una mayor densidad que los conglomerados e incluso que la madera maciza, una gran resistencia y dureza y unas propiedades acústicas excelentes, ya que se minimizan las vibraciones, apenas colorean el sonido y si lo hacen es a frecuencias en las que se puede controlar con aislantes acústicos internos. (Si os gusta el mundillo del Do It Yourself os recomiendo usar este tipo de maderas laminadas, ya que son las que mejores resultados os darán. Por ejemplo, son las que usé al hacer el esqueleto del Subwoofer Sub Delta).

Construcción del esqueleto de nuestro SubDelta

Además de los materiales, el formato o configuración de la caja acústica es también determinante a la hora de obtener una cierta calidad sonora. Así, en función de dicha configuración encontramos básicamente dos cajas en el mercado (en realidad hay muchas más, pero las más comunes son estas) de tipo cerrado o sellado y bass-reflex (y variaciones de estas como los radiadores pasivos).

Las cajas selladas tienen la ventaja de que ofrecen un sonido en general más plano en baja frecuencia (también depende de cómo esté diseñada), sin retardos, con menos variaciones de fase, son más pequeñas y fuerzan menos los drivers a baja frecuencia. Sin embargo no dan tantos graves como las configuraciones bass-reflex.

Estas últimas cuentan con una cavidad resonante (un tubo por el que sale el aire del interior) que sirve para mejorar la respuesta a bajas frecuencias, incrementando notablemente los graves. El inconveniente que tienen es que requieren de cajas bastante más grandes, someten a los drivers a mayores esfuerzos que las selladas e introducen tanto retardos a ciertas frecuencias como incluso ruidos producidos por el aire al salir del tubo o conducto que conforma la cavidad resonante.

¿Cuál es mejor? Pues depende de cada caso concreto, de nuestras necesidades y espacio disponible para instalarla. Las bass-reflex puede que nos den más graves, aunque quizá tengamos más problemas al colocarlas en la sala, mientras que las selladas por lo general serán más fáciles de instalar, ofrecerán un sonido más seco, pero también con menos graves.

Respuesta en frecuencia de un altavoz en dos cajas diferentes

Aislamiento y formas de la caja

Por último, no podemos dejar de comentar otros dos de los grandes factores que influyen en el sonido de los bafles: la forma de la caja y el aislamiento sonoro interno. Al vibrar la membrana del driver se produce una onda que viaja hacia la parte delantera (donde está el oyente) pero también una onda hacia la parte trasera, es decir hacia el interior de la caja.

Esta onda (que es la causante del cortocircuito acústico que comentábamos al principio) comienza a rebotar por las paredes de la caja y vuelve a salir atravesando la membrana del driver, esta vez con un cierto retardo. Dicho retardo es el causante de un cierto efecto "eco" que puede ser claramente percibido a frecuencias medias-altas y que ensucia el sonido. Pero además, a ciertas frecuencias concretas se da el fenómeno de las ondas resonantes en el interior de la caja, que colorean el sonido final obtenido.

¿Cómo solucionar estos problemas? Pues muchos altavoces de gama baja no lo hacen en absoluto, de ahí que se sonido final no llegue a ser nítido y su respuesta en frecuencia no sea demasiado plana. Los bafles de gama media y alta, sin embargo usan diferentes técnicas para minimizar estos problemas.

Por ejemplo, para evitar la excitación de modos resonantes se construyen las cajas con formas que no tengan lados paralelos, como por ejemplo curvas o prismas truncados que además de hacerlas más bonitas visualmente permiten que no se creen ondas estacionarias en su interior.

Además, para evitar que la onda trasera vuelva a atravesar la membrana introduciendo un desfase se colocan en el interior de la caja aislantes acústicos que absorben parte de la energía y permiten disminuir la amplitud de estas ondas que rebotan en el interior.

¿En qué medida? Pues eso ya depende del material empleado, del grosor del mismo (a mayor grosor mayor capacidad de absorción) y de la banda de frecuencias a considerar (a mayor frecuencia en general mejor capacidad de absorción).

Este aislante tiene además otro efecto secundario, que no es otro que el de aumentar virtualmente el volumen de la caja, permitiendo obtener en ciertos casos algo más de graves. Así, por ejemplo, dos bafles con cajas y drivers idénticos pueden sonar ligera o bastante diferentes únicamente variando la cantidad de aislante que coloquemos en su interior.