Dise%F1o%20de%20cajas%20acusticas.pdf

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EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA
UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS DE
BILBAO
BILBOKO INGENIARIEN
GOI ESKOLA
ELECTROACÚSTICA
DISEÑO DE CAJAS ACÚSTICAS
Autor:
Carlos García Puertas
(3º I.T. Telecomunicaciones - Telemática)
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
2. TIPOS DE CAJAS ................................................................................................ 1
4.1. Caja Cerrada.................................................................................................. 1
2.1.1. Cálculo de una caja cerrada.................................................................... 2
2.1.2. Ejemplo de cálculo de una caja cerrada .................................................. 3
4.2. Caja Bass-Reflex ........................................................................................... 5
2.2.1. Cálculo de una caja Bass-Reflex ............................................................ 5
2.2.2. Ejemplo de cálculo de una caja bass-reflex ............................................ 8
4.3. Caja Paso Banda.......................................................................................... 10
2.3.1. Cálculo de una caja de carga simétrica de 4º orden............................... 10
2.3.2. Ejemplo de cálculo de una caja de carga simétrica de 4º orden ............. 13
3. WIN ISD............................................................................................................. 16
3.1. Simulación de una caja acústica (Bass-Reflex) ............................................ 17
3.2. Simulación de una caja acústica (Cerrada) ................................................... 20
3.3. Comparación entre una caja Bass-reflex y una caja Cerrada......................... 21
3.4. Comparación de una caja Bass-reflex con dos altavoces diferentes .............. 23
3.5. Diseño de filtros .......................................................................................... 25
3.5.1. L-pad attenuator................................................................................... 25
3.5.2. Filtro pasivo de 1er orden de 2 vías...................................................... 26
3.5.3. Filtro pasivo de 2º orden de 2 vías........................................................ 27
3.5.4. Filtros Activos ..................................................................................... 27
3.6. Generación de sonido .................................................................................. 28
3.6.1. Modo normal ....................................................................................... 28
3.6.2. Modo Slow sweep................................................................................ 29
3.6.3. Modo Fast sweep ................................................................................. 29
3.6.4. Modo White noise................................................................................ 29
4. MATERIALES ................................................................................................... 30
4.1. Materiales para cajas acústicas..................................................................... 30
4.1.1. Aglomerado ......................................................................................... 30
4.1.2. MDF.................................................................................................... 30
4.1.3. Contrachapado ..................................................................................... 30
4.1.4. Madera ................................................................................................ 30
4.2. Materiales absorbentes................................................................................. 31
4.2.1. Fibras................................................................................................... 31
4.2.2. Corcho................................................................................................. 31
4.2.3. Corcho-Moqueta .................................................................................. 31
1. INTRODUCCIÓN
Los altavoces necesitan ir en cajas debido a que la membrana tiene dos lados, uno
exterior y otro interior. Cuando el lado exterior de la membrana crea una onda, el
interior crea la misma onda pero opuesta, es decir, en fase inversa.
Los sonidos graves mueven una gran cantidad de aire, cuando el lado exterior empuja,
el interior tira. Con presiones elevadas, resulta fácil que la presión del lado exterior y la
contraposición del lado interior, den lugar a la cancelación del movimiento y la presión
del aire. Este fenómeno se denomina cortocircuito acústico.
Al meter el altavoz en una caja se elimina este problema, pero se crea otro problema
menor. La onda creada por la parte interior, se refleja en el fondo de la caja y se puede
llegar a encontrar con la creada por la parte exterior. La suma de la onda en diferente
fase crea una onda distorsionada, que siempre es diferente a la onda que queremos
reproducir.
Para solucionar esto, el fondo del altavoz no debe ser paralelo al frontal, para que la
onda reflejada no se junte automáticamente con la onda inicial. Además de esto, en el
interior de la caja se colocan materiales que absorben la onda del interior.
2. TIPOS DE CAJAS
4.1. Caja Cerrada
Consiste en una caja llena de material absorbente. La calidad del sellado influye en la
calidad final del sonido. Es un volumen de aire cerrado, por lo que la Fb (frecuencia de
sintonía, frecuencia de resonancia del altavoz dentro de la caja) será siempre mayor que
Fs (frecuencia de resonancia de un altavoz sin caja), por ello conviene utilizar altavoces
con Fs baja.
Una de sus ventajas es su tamaño moderado, y que la respuesta temporal es buena.
Como desventajas, decir que la frecuencia de corte no es muy baja, con un tamaño de
caja normal. Además, el aire contenido en la caja, a gran SPL (Sound Pressure Level,
nivel de presión sonoro), actúa como un muelle y se crea gran distorsión a alto volumen.
1
 
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2.1.1. Cálculo de una caja cerrada
•
Principio de funcionamiento
Para evitar un cortocircuito acústico entre las dos caras de la membrana, se debe
colocar el altavoz sobre una caja cerrada. La onda trasera será amortiguada por
medio de materiales acústicos.
•
Forma de la curva amplitud/frecuencia
Es posible determinar en una caja cerrada su coeficiente de sobretensión Q, el cual
depende de los parámetros mecanoacústicos del altavoz elegido, así como del
material de la caja en la que se instalará dicho altavoz.
A continuación, se muestra la forma de la curva de respuesta de una caja cerrada en
el extremo grave, en función del coeficiente de sobretensión de la caja en su
frecuencia de resonancia (frecuencia con la que vibra el sistema).
•
Frecuencia de resonancia (Fc)
- FS => frecuencia de resonancia del altavoz al aire libre.
- QTC => coeficiente de sobretensión del sistema en la frecuencia de
resonancia de la caja.
- QTS => coeficiente de sobretensión total del altavoz.
•
Frecuencia de corte en –3dB (F-3)
2
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•
Cálculo del volumen de la caja
- VB = VAB => caja no amortiguada.
- VB = VAB/1,2 => caja amortiguada.
- VAB => volumen de aire equivalente a la elasticidad acústica del aire de
la caja.
- VAS => volumen de aire equivalente a la elasticidad de la suspensión del
altavoz.
- VB => volumen de la caja.
•
Nivel acústico en cada frecuencia
- Fx => frecuencia en la que se calcula la atenuación o la sobretensión del
sistema. Resultado positivo => sobretensión; resultado nulo => curva
plana; resultado negativo => atenuación.
- FN => razón de Fx a Fc.
- Fdb => nivel de atenuación o de sobretensión en decibelios (dB).
2.1.2. Ejemplo de cálculo de una caja cerrada
•
Cálculo de la caja para un QTC = 1
QTC => coeficiente de sobretensión de la caja en la frecuencia de resonancia.
Valores de los parámetros del altavoz:
- Frecuencia de resonancia del transductor FS = FR = 19 Hz
- Coeficiente de sobretensión total QTS = 0.32
- VAS = 0.54 m 3
3
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