¿Cómo producen los altavoces de graves sonidos de baja frecuencia?

La física fundamental: cómo los altavoces woofer generan bajas frecuencias

Excursion del diafragma, desplazamiento de aire y requisitos de longitud de onda (20—100 Hz)

Obtener una buena reproducción de graves requiere que los woofers muevan grandes cantidades de aire a lo largo de distancias significativas en sus diafragmas. A 20 Hz, las ondas sonoras se extienden hasta aproximadamente 17 metros o 56 pies de longitud, lo que significa que los conos del altavoz deben moverse mucho más adelante y atrás en comparación con los que manejan frecuencias más altas. El movimiento real de estos conos crea los cambios de presión necesarios para esos sonidos profundos de baja frecuencia que escuchamos. Tomemos como ejemplo el caso de 30 Hz a un nivel de volumen de 90 dB: necesita aproximadamente tres o cuatro veces más movimiento del cono que el necesario para frecuencias medias. Al tratar con frecuencias por debajo de 50 Hz, donde las longitudes de onda superan los 6,8 metros (aproximadamente 22 pies), los fabricantes necesitan diseños especiales como bobinas vocales de recorrido extendido y sistemas de suspensión más robustos solo para mantener la linealidad. Si no hay suficiente control sobre la distancia que el cono se mueve, el bajo se comprime y comienza a introducir armónicos no deseados que finalmente empeoran la calidad general del sonido.

Por qué conos más grandes y suspensiones más rígidas son esenciales para el rendimiento de altavoces woofer

Los conos de altavoz más grandes, generalmente entre 8 y 15 pulgadas de ancho, pueden mover más aire mientras recorren una distancia menor en conjunto, lo cual es muy importante para lograr una buena respuesta de graves. Cuando los fabricantes duplican el tamaño de estos conos, obtienen cuatro veces más superficie actuando sobre el aire, por lo que el cono no necesita desplazarse tanto para producir el mismo nivel de volumen. Reforzar las piezas de suspensión alrededor del borde del cono (lo que llamamos ensamblajes de suspensión periférica y araña) ayuda a abordar varios problemas importantes al mismo tiempo. En primer lugar, mantiene el control sobre la intensidad con que el cono oscila durante el funcionamiento. En segundo lugar, evita que la bobina móvil se desplace de su posición dentro del campo magnético. Y finalmente, esta rigidez previene daños cuando el cono se mueve demasiado lejos de lo seguro para el altavoz, especialmente cuando opera por debajo de su punto de resonancia natural.

Materiales rígidos como el polipropileno o el aluminio resisten la flexión durante ciclos de alta excursion, asegurando un movimiento pistónico. Esta sinergia permite graves precisos y sin distorsión hasta 20 Hz sin fallo mecánico.

Elementos Clave del Diseño que Permiten una Salida Precisa del Altavoz de Graves

Estructuras de Motor de Alta Fuerza y Bobinas Voz de Largo Recorrido

Conseguir un buen bajo en frecuencias bajas depende realmente de contar con sistemas de motor sólidos. Hoy en día, la mayoría de los altavoces utilizan potentes imanes de neodimio que generan campos magnéticos muy intensos. Combinado con grandes bobinas móviles que pueden desplazarse linealmente entre 15 y 30 mm, esto permite mover mucho más aire sin distorsionar el sonido. Esto hace que el cono del altavoz se mueva correctamente incluso cuando está estirado al límite, evitando así ese efecto desagradable de tope cuando la música suena fuerte. Un estudio reciente mostró que este tipo de configuraciones reduce la distorsión armónica en aproximadamente un 40 % en comparación con los woofers tradicionales. Sin embargo, también es importante la gestión del calor. Los fabricantes suelen optar por bobinas móviles de aluminio recubierto de cobre e incluyen ventilaciones en las piezas polares para permitir una adecuada disipación del calor. Esto ayuda a mantener niveles de sonido de calidad incluso después de horas de reproducción continua, sin que el interior del gabinete del altavoz se sobrecaliente.

Acústica del Gabinete: Recintos Sellados, Ventilados y con Radiadores Pasivos

El tipo de caja que utilizamos marca toda la diferencia en cuanto a cómo un woofer maneja los graves y el rendimiento general. Las cajas selladas nos ofrecen un sonido de graves limpio y preciso, con una caída natural en frecuencias más bajas, pero necesitan bastante más potencia del amplificador para funcionar correctamente. Las cajas ventiladas alcanzan un rango de frecuencia más bajo gracias a los conductos especiales en su interior, ajustados cuidadosamente para sonidos específicos. Sin embargo, si estos conductos no están bien configurados, podríamos terminar escuchando ruidos molestos de turbulencia en lugar de un grave suave. Otra opción que vale la pena considerar son los radiadores pasivos. Estos sistemas eliminan por completo el problema del ruido del conducto y, aun así, logran alcanzar esas notas profundas de graves mediante diafragmas especialmente diseñados que no requieren energía eléctrica propia.

Materiales avanzados como el tablero de fibra de densidad media (MDF) con amortiguación de capa restringida reducen la resonancia del gabinete en un 60 %, mientras que los refuerzos internos suprimen las vibraciones que alteran el sonido (Sociedad Americana de Acústica, 2024). Las cajas correctamente diseñadas garantizan la coherencia de fase y minimizan las ondas estacionarias, lo que permite una integración perfecta con los altavoces satélite.

Percepción humana y comportamiento en el mundo real del graves de altavoces de bajos

Sensación táctil frente a detección auditiva: por qué las frecuencias bajas se sienten más que se oyen

La forma en que los seres humanos experimentan las frecuencias de graves entre 20 y 80 Hz es bastante diferente de nuestra percepción de los sonidos medios y agudos. Cuando las frecuencias bajan por debajo de 50 Hz, las ondas sonoras comienzan a hacer vibrar no solo nuestros oídos, sino también nuestra piel, órganos internos y huesos, creando una sensación física que puede medirse. Por eso, al ver películas con grandes explosiones o escuchar ritmos electrónicos muy profundos, las personas suelen sentir el retumbo en el pecho mucho antes de oír realmente el sonido. Los estudios también revelan algo interesante: se necesitan aproximadamente entre 15 y quizás hasta 20 decibelios más de potencia para que notemos un tono de 30 Hz en comparación con frecuencias medias normales. Debido a esto, gran parte de lo que hace que los woofers sean tan potentes no llega a registrarse en nuestra audición consciente. En cambio, estas frecuencias bajas se conectan con nosotros emocional y físicamente a través de las vibraciones que generan en nuestros cuerpos, más que estimular simplemente nuestros tímpanos como hacen los sonidos normales.

Mito de la direccionalidad: cómo la dominancia de longitud de onda reduce la localización del altavoz woofer

Cuando hablamos de ondas sonoras por debajo de 100 Hz, estas se extienden más de 11 pies de longitud, lo que en realidad es más largo que muchas habitaciones. Estas ondas grandes simplemente rodean cualquier objeto en su camino y se distribuyen uniformemente por los espacios, creando lo que se llama campos de presión en todas partes. Nuestro cerebro determina de dónde provienen los sonidos mediante las diferencias de tiempo de llegada de frecuencias altas entre nuestros oídos, pero las frecuencias bajas no nos dan esas pistas. Por eso, en general, las personas no pueden identificar exactamente dónde está ubicado un subwoofer, incluso cuando hay varios en la misma habitación. La razón por la que el bajo parece provenir de todas partes a la vez, en lugar de tener una dirección específica, tiene que ver con estas longitudes de onda largas. Simplemente rebotan y se estabilizan en el espacio, en lugar de propagarse en línea recta como lo hacen las frecuencias más altas.