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.
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.
1º 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. | |
2º 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. | |
3º 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.
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.
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.
Recursos WEB [SW para Sound Blaster, Documentación Técnica, etc.]
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Componentes
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| 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 |
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| Separador del Circuito |
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| Soporte de
Bobina CFA1 |
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| Soporte de
Bobina CFA2 |
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| Manguera de
Portero Electrónico 8 o más pares |
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Advertencias de los Componentes
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.
NO utilices condensadores baratos para los filtros de tus altavoces. Los condensadores son un tema más extenso y complejo de lo que parece.
No uses condensadores electrolíticos, tienen polaridad y las ondas de audio son alternas. Si los usas, reventarán.
No uses tampoco electrolíticos bipolares. La calidad del sonido es sumamente pobre.
Si pretendes diseñar el filtro con electrolíticos bipolares y luego sustituir los componentes definitivos por otros de mayor calidad, no lo hagas, no suenan igual. Los electrolíticos bipolares absorben potencia y cuando los cambies notarás la diferencia.
Utiliza condensadores de poliéster para diseñar, si quieres hacer pruebas, tampoco son tan caros, y si hay que hacer algun pequeño ajuste en las frecuencias de corte, es preferible aumentar o disminuir la impedancia antes que usar miles de electroliticos diferentes. La diferencia seguro que será menor asi.
E-Spice es una versión del Famoso Simulador de Circuitos Electrónicos SPICE desarrollado por la Universidad de Berkeley. E-SPICE es una versión en Español desarrollada en BC++ 5.01 en el Dpto. de Electrónica, por el Prof. Andrés Roldán Aranda como elemento fundamental de su Tesis Doctoral. A modo de colaboración vamos a probar el SW en las plataformas SW que cada uno tenéis instaladas en vuestros computadores y todos los "BUGs" que se detecten se ruega sean comunicados a amroldan@ugr.es. Esta versión es completa y gratuita y compatible con el Formato Standar SPICE3.
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E-SPICE 3F5 [1.34 M] |
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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
*Generador Equivalente Salida del Altavoz
VIN 10 0 ac 1
RGEN 10 1 8
*Sistema de Filtrado para Graves
L1 1 2 6.4mH
C1 2 0 12uF
RG 2 0 8
C2 1 3 10uF
L2 3 0 1.2mH
*Sistema de Filtrado para Medios
L3 3 4 0.5mH
C3 4 0 8.2uF
RM 4 0 8
*Sistema de Filtrado para Altos
C4 3 5 3.3uF
L4 5 0 0.35mH
RA 5 0 8
.options ACCT LIST NOMOD NOPAGE OPTS
Esquema del Filtro de Altavoces
Diagrama de Bode de Salida del Filtro de Altavoces
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
Material y Esquema del Filtro de Altavoces
Filtro Altavoces conectado a Bafle para realizar las medidas
Realización del Filtro Altavoces con Cargas Pasivas [Vista Superior]
Realización del Filtro Altavoces con Cargas Pasivas [Vista Laeral]
Víctor Gallegos, diseñador y constructor del Filtro Altavoces con Cargas Pasivas
Alumnos midiendo la respuesta final del Filtro de Altavoces
en el Laboratorio de Electrónica Básica
Se deberá entregar una memoria descriptiva del trabajo realizado que incluya al menos la siguiente información:
Cálculo de las Tensiones de Trabajo de todos los Condensadores suponiendo que el Amplificador es capaz de suministrar una potencia de 8 W sobre una impedancia de 8 Ω.
Diseño y Fabricación de las Bobinas L1-L4 del circuito. Se pueden utilizar los Soportes CFA1 Y CFA2 de la marca ARISTON. El grosor del hilo, así como los parámetros de diseño serán elegidos por el alumno. Se recomienda utilizar este SW de Cálculo de Bobinas
Diseño gráfico del diseño de Placa realizada [Puentes por cara de soldadura: AZUL, Puentes por cara de componentes: VERDE]
Serigrafía del diseño de la Placa realizada.
Descripción del funcionamiento del Filtro de Altavoz.
Cálculo del Coste de implementación con precios de mercado.
Cálculo de las funciones de Transferencia: V(2)/VIN, V(4)/VIN, V(5)/VIN suponiendo el circuito cargado en todos los puertos. (Se recomienda utilizar la Herramienta SCAM)
Medidas de las respuestas de BODE en las tres salidas del circuito desde 20 Hz a 20KHz suponiendo cargado el circuito. (Se recomienda utilizar un sistema de Representación como éste para incluir los datos en la Memoria)
Describir el comportamiento asintótico de los Diagramas de Bode obtenidas en el apartado anterior. (Se recomienda utilizar la Herramienta SW Bode Plot Gui
Realizar una gráfica que indique cómo se distribuye la potencia entregada por el generador en las tres cargas disipativas del circuito asociadas por los Altavoces Graves, medios y agudos. ¿Se pierde potencia en el circuito a alguna frecuencia? ¿Se podría mejorar el rendimiento del filtro de altavoces ?
Opcional: Fotografía del Diseño.
Cálculo de las impedancias del Circuito desde todos los puertos.
Necesario que todos los gráficos sean VECTORIALES.
Entrega en papel y en disco [WORD o Similar] y en HTML.
Datos del Alumno: Nombre, Apellidos y e-mail.
Fecha Máxima de Entrega: Pendiente de Definir.
Pendiente de Publicación
