Practico1:”Cajas acústicas”.

Universidad Austral de Chile

Facultad de Ciencias de la Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil Acústica

Estudiante: -Fabian Alejandro Ritter Gutiérrez Curso: Taller III

Docente Responsable: Roberto Flores Fecha: 17/05/2012

INDICE

I. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………3II. OBJETIVOS……………………………………………………………………………3III. MARGEN TEORICO………………………………………………………………. 4-5 III.1 TERMINOS BASICOS………….……………………………………………4 III.2 MATERIALES A UTILIZAR………………………………………………..4 III.3 ¿PARA QUE UTILIZAR UNA CAJA ACUSTICA?....................4 III.4 TIPOS DE CAJAS A UTILIZAR EN EL PRÁCTICO…………………5 III.4.1 CAJA SELLADA………………………………………………..5 III.4.2 CAJA BASS-REFLEX……………………………………..….5IV. PARTE PRACTICA…………………………………………………………………..6-10 IV.1 CALIBRACION…………………………………………………………………6-7 IV.2 MEDICIONES………………………………………………………………….7-10 IV.2.1 PARLANTE TSX 12100 AUDIO X………………………..7-9 IV.2.2 PARLANTE NOVICK…………………………………………..10V. TIPO DE CAJA MÁS ÓPTIMA PARA NUESTROS PARLANTES……..11VI. CONCLUSION………………………………………………………………………….12

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I. INTRODUCCIÓN.Estamos inmersos en un mundo donde se aprecia una gran variedad de sonidos, en donde nos rodea la música día a día, esta música es amplificada a través de parlantes, los cuales extrañamente y sin saber porque van dentro de una caja, denominada caja acústica.

En este práctico determinaremos que es una caja acústica, cual es su importancia, y que tipo de caja es más adecuada para cierto tipo de parlante y así sacarle su mejor provecho; Para ello necesitaremos conocer ciertos parámetros del altavoz, como es su frecuencia de resonancia, masa mecánica, impedancia eléctrica etc.

Para determinar estos parámetros utilizaremos un software instalado en un computador y una interfase. La interfase cumple la función del circuito simple de resistencias, y el software en este caso cumple la función del resto del equipamiento necesario.

EL software a utilizar será speaker workshop.

II. OBJETIVOS.

• Medir la impedancia eléctrica de un altavoz. • Determinar la frecuencia de resonancia del altavoz. • Determinar los parámetros de Thiele Small. • Identificar qué tipo de caja es mas optimo para nuestro parlante.

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III. MARGEN TEORICO.

III.1 TERMINOS BASICOS.

• JIG: Interface que se usara para conectar el altavoz al computador.• Fs: Frecuencia a la que vibra el altavoz espontáneamente ante cualquierPerturbación. ( sin caja)• Fb: es la recuencia de sintonía, que es la frecuencia de resonancia del altavoz dentro de la caja.• Qes: Amortiguación de la resonancia por motivos puramente electromagnéticos.• Qms: Amortiguación de la resonancia por motivos puramente mecánicos• (Fricción).• Qt: Amortiguación de la resonancia por ambos motivos.• Vas: Volumen de aire con la misma elasticidad que la suspensión del altavoz.

III.2 MATERIALES A UTILIZAR.• JIG.• Computador.• Software Speaker Workshop.• Argolla de estaño.• Micrófono de condensador.• Pre-amplificador.• Cables y conectores.

III.3 ¿PARA QUE UTILIZAR UNA CAJA ACUSTICA?.

Los altavoces necesitan ir en cajas porque la membrana tiene dos lados, exterior e interior.

Cuando el exterior de la membrana crea una onda, el interior crea la misma onda, pero opuesta, es decir, en fase inversa.

Estas ondas no deben cruzarse ya que lograrían evitar que el sonido se propague, denominándose cortocircuito acústico.Introduciendo nuestro parlante a una caja bien diseñada deberíamos poder evitar este problema.

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La idea de la caja acústica es poder mejorar la respuesta de frecuencias de nuestro altavoz, al medir buscaremos la fs, esto es porque en ese punto el parlante alcanza una excitación libre ( máximo punto de movimiento), con nuestra caja acústica buscaremos “amortiguar”, reducir ese movimiento para que así no se distorsione o se queme nuestro parlante.

III.4 TIPOS DE CAJAS QUE SE VERAN EN EL PRACTICO.

III.4.1 CAJA SELLADA.

Es el tipo de caja más básico. 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 será siempre mayor que Fs. conviene utilizar altavoces con Fs baja.Este diseño de caja acústica tiene como ventaja que las cajas tienen un tamaño moderado.

III.4.2 CAJA BASS-REFLEX.

Es el tipo de caja más extendido, junto a la caja sellada. Consiste en una caja cerrada parcialmente llena de material absorbente, pero con un tubo con salida al exterior.

Este tubo tiene la función ofrecer ser una resistencia entre aire del interior y del exterior, y hacer que, por la elasticidad del aire y la resistencia al pasar a través del conducto, se contenga la salida y entrada de aire y que no se produzca cancelación sino refuerzo de las bajas frecuencias.Este diseño de caja acústica tiene como ventaja un muy buen rendimiento en las frecuencias graves.

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IV. PARTE PRÁCTICA.IV.1 CALIBRACION.

Antes de comenzar con nuestras mediciones es necesario calibrar el sistema, para ello se siguió una secuencia de pasos, dentro de los cuales está verificar compatibilidad de la tarjeta de sonido, determinar un volumen apropiado de la tarjeta para no producir una señal con saturación, calibrar la precisión del software entre otros.

Señal con saturación Señal sin saturación

Es de suma importancia tener bien calibrada nuestra interface (JIG), para obtener parámetros reales, nuestra interface tiene el siguiente aspecto.

Dentro de ella se puede dejar de diferentes modos, en el siguiente esquema se mostrara cuales son, y en qué caso se ocupa cada uno.

MODOS JIG.

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Para la calibración de usara modo directo, y para las mediciones el modo de medición de impedancias.

Montaje para nuestras mediciones

Cabe destacar de que al comenzar el práctico, los equipos estaban ya previamente calibrados por el ayudante, razón por la cual no quedó un registro de la realización de los pasos antes mencionados.

IV.2 MEDICIONES.IV.2.1 PARLANTE TSX 12100 AUDIO X.

Se procedió a medir el radio de nuestro parlante, este radio es importante medirlo desde el centro HASTA la SUSPENSIÓN del parlante, teniendo este dato pudimos calcular su área(A=πr^2), se obtuvo un área de 0,064 metros cuadrados. Con un multi tester sacamos la resistencia de nuestro parlante obteniendo un valor de 3.7 ohmUna vez teniendo todo calibrado, los cables respectivos conectados, empleamos a poner el parlante sobre una goma, esto es para

evitar algún error en nuestras mediciones (vibraciones de la mesa). Luego a través del software creamos un driver, se le añadió los parámetros (área y resistencia) y se procedió a medir la curva de impedancia del parlante al aire libre, se obtuvo la siguiente grafica:

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Se aprecia que su frecuencia de resonancia se encuentra aproximadamente en los 30 Hz y una impedancia cercana a los 50 ohm

Luego a nuestro parlante se le fijo con scotch en su centro dos aros de estaño, Se utilizó este material por ser un material diamagnético que no alteraría las mediciones. La finalidad de hacer esto es para simular el parlante en una caja acústica, es decir, esta masa cumpliría la función de la masa del aire dentro de nuestra caja acústica.

La suma de las masas de ambos aros de estaño es 30,2 gramos

Se procedió a medir curva de impedancias con masa agregada, obteniendo como grafica:

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Curva impedancia al aire libre

En este caso la frecuencia de resonancia parece ser la misma, pero se nota una disminución en la impedancia.

Logrado estos pasos, podemos calcular los parámetros de Thiele-Small, en nuestro software, vamos a driver y estimamos los parámetros. A continuación se mostraran dichos valores y una grafica de comparación entre la impedancia al aire libre y con masa para tener una buena visión de su diferencia.

Datos Fs, Qms , Qes, Vas, BL,Re son los que corresponden a los parámetros de Thiele-Small.

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Curva impedancia con masa

Imp. Sin masa

Imp. Con masa

IV.2.2 PARLANTE NOVICK.

Realizando exactamente los mismos pasos que el parlante anterior, se procedió a medir curva de impedancia para parlante sin masa y con masa.

Datos respectivos:

- Área: 0.0086 metros cuadrados- Masa adherida: 11.4 gramos- Resistencia: 5.7 ohm

-Parámetros de thiele-small y grafica de impedancias para ambos casos:

No se pudo saber porque fallo el parámetro Vas, pero todos los demás están de forma correcta.

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V. TIPO DE CAJA MÁS ÓPTIMA PARA LOS PARLANTES.

Existe una regla empírica que determina qué tipo de caja es más recomendable utilizar en algún parlante, esta regla, establece una relación sencilla entre la frecuencia de resonancia y su amortiguación (Qes), se le llama EBP (Efficiency Bandwidth Product).

EBP= Fs/ Qes.

Si EBP< 50, entonces se debe utilizar una caja sellada.Si EBP> 90 entonces se utiliza caja con reflector de bajo.

Nuestros datos son:

Por lo tanto se concluye que para nuestro primer parlante (TSX 12100 AUDIO X) se debe ocupar una caja sellada, y para el NOVICK una caja con reflector de bajo.

Para poder calcular que volumen necesita nuestra caja, creamos un enclouser en el software, y calculamos en la opción sealed para el caso del parlante TSX, y para el NOVICK la opción vented.

Se logro obtener un volumen de 71 litros para el parlante TSX, en el otro caso no se pudo calcular ya que como se dijo anteriormente hubieron problemas con la medición (Vas).

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VI. CONCLUCION.

Se pudo apreciar que es de suma importancia un buen diseño de una caja acústica para un parlante, el cual sigue ciertas reglas, hay distintos tipos de diseños para diferentes parlantes.

Antes de diseñar una caja es de suma importancia tener conocimientos matemáticos y físicos, es necesario calcular una gran variedad de parámetros para conocer que es más adecuado a la hora de la fabricación.

Se conoció la importancia de esta caja para el parlante, en cómo logra mejorar su respuesta en frecuencias y como amortigua al parlante en su punto de excitación máxima (Fs) para así evitar que se queme o distorsione.

A través de una regla matemática sencilla se pudo apreciar que caja es mas optima para nuestros parlantes, dando como resultado una caja sellada para el parlante TSX y una caja con reflector de bajos para el NOVICK.

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