COMO FUNCIONA:
EL PARLANTE DE BOBINA MÓVIL
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José Luis Giordano
Marzo, 2003 (Última revisión: Febrero 25, 2006)



1-QUÉ ES

Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de energía en otro. Un parlante (o altavoz) de bobina móvil es un transductor electro-mecánico, que transforma energía eléctrica contenida en una corriente eléctrica, en energía sonora (i.e., energía acústica audible para el ser humano).


2-PARA QUÉ SIRVE

Específicamente, un parlante sirve para convertir la información (voz, música, sonidos en general) transportada por una señal eléctrica, en una señal audible para el ser humano (entre 20-30 Hz y 16-20 kHz aproximadamente).

Pero en general, la utilidad del parlante es la del conjunto del que forma parte. Por ejemplo, un equipo de amplificación sirve para elevar la intensidad del sonido. Primero la señal acústica débil se transduce a una eléctrica. Ésta se amplifica electrónicamente, y luego, a través del parlante, se reproduce a mucha mayor intensidad. Lo mismo puede decirse de equipos que hacen otras cosas con el sonido, además o en vez de amplificarlo.


3-CÓMO FUNCIONA

Algunas de las antiguas "muñecas que hablan" usaban el principio del viejo fonógrafo: en su interior tenían una púa de cristal que recorría los surcos de un pequeño disco plástico que giraba al presionar la muñeca. El surco tenía grabado relieves con la información sonora, y una lengüeta de latón transmitía las vibraciones de la púa a un cono plástico, que al vibrar reproducía "ma-má". En este caso, el parlante era un transductor sin bobina, de energía mecánica (vibraciones) en energía también mecánica (ondas sonoras).

Mediante la implementación de una bobina que pueda desplazarse axialmente y la utilización de imanes, el parlante puede reproducir mayor rango de frecuencias sonoras a grandes potencias y con menor distorsión.

Primero, el voltaje de salida del amplificador de un equipo de música, radio o TV, tiene las variaciones del sonido que se quiere reproducir. Si se conecta la salida del amplificador a la bobina móvil, circula una corriente con las variaciones correspondientes al sonido. Debido a un principio básico de la Naturaleza (Ley de Ampère, una de las 4 leyes del Electromagnetismo), la corriente en la bobina genera un campo magnético con las variaciones de la señal de interés.

Segundo, si la bobina móvil está inmersa en una región con campo magnético, existirán fuerzas atractivas y repulsivas entre la bobina y el imán, debidas al campo variable de la bobina y al campo estático del imán. Si el imán está fijo, estas fuerzas producirán el movimiento de la parte móvil, la bobina. La forma de obtener una señal acústica de esto, es entonces adherir a la bobina un cono que mueva el aire que le rodea.

La mayoría de los parlantes de bobina móvil tienen 5 partes básicas (ver Figura siguiente):

(1) bobina móvil cilíndrica, de material liviano y alambre de cobre,
(2) imán permanente anular, generalmente cerámico (ferrimagnético), magnetizado axialmente,
(3) disco posterior magnético blando, generalmente metálico (ferromagnético)
(4) cilindro concéntrico magnético blando, generalmente metálico (ferromagnético), concéntrico con el disco (3) y la bobina (1), y
(5) 'cono' o diafragma cónico de cartón o plástico, adherido a la bobina (1).


En la Figura se han indicado los polos magnéticos N y S del imán, correspondientes a un posible sentido de magnetización axial, y se ha esquematizado con 3 flechas el sentido del flujo magnético estático (del imán) dentro del circuito magnético. Este "circuito" está formado por el imán y las dos piezas ferromagnéticas (disco posterior y cilindro central), con entrehierro o gap anular en la zona donde está la bobina. El campo magnético del imán es guiado por el material permeable ferromagnético del circuito, y se cierra (debido a la Ley de Gauss del Magnetismo) a través del gap entre el polo S del imán y el polo N´ inducido en el cilindro central.

La corriente eléctrica variable interactúa con el campo estático, produciéndose una fuerza magnética (de Lorentz) sobre la corriente (y por lo tanto sobre la bobina). La magnitud de esta fuerza es proporcional a la intensidad del campo estático y a la intensidad de la corriente. Por lo tanto la fuerza sobre la bobina siguirá las variaciones de la corriente, y además, su principal componente está en la dirección axial, ya que la fuerza de Lorentz es perpendicular al plano que forman la corriente y el campo magnético. Por lo tanto, la bobina se desplaza longitudinalmente según las variaciones de la corriente.

Como la bobina móvil se encuentra adherida al cono, éste se mueve desplazando el aire hacia atrás y adelante (como se esquematiza con una doble flecha), generando longitudinalmente ondas elásticas de presión (es decir, ondas acústicas). De éstas, las que varían aproximadamente entre unos 20 y 20000 ciclos por segundo (20 Hz - 20 kHz), son audibles (sonoras), porque producen vibraciones en pequeños huesos del oído, que son detectadas por el sistema auditivo humano.

Los terminales eléctricos de la bobina móvil, en principio no tienen polaridad. Sin embargo, cuando el equipo tiene más de un parlante, es importante que las ondas sean emitidas en fase (para evitar distorsión), y por lo tanto, uno de los terminales se indica como positivo con un "+" o con una marca de color rojo. La convención más usada es que si se conecta una pila a la bobina móvil, el cono se mueve hacia adelante cuando el positivo de la pila está conectado al terminal rojo del parlante.


4-DE QUÉ ESTÁ HECHO

Los teléfonos solo requieren parlantes para reconocer la voz humana, y generalmente reproducen bien el rango 350 - 3500 Hz. Pero cuando un equipo de música usa un único parlante, éste debe cubrir un rango mayor de frecuencias de sonido, y por lo tanto se utilizan los denominados parlantes de "rango extendido". Sin embargo, este tipo de parlantes suele atenuar las frecuencias muy bajas y/o las muy altas. Por lo tanto, en alta fidelidad ("Hi-Fi") se utilizan tipos especializados de parlantes.

Muchas cajas acústicas o "baffles", poseen un parlante de rango extendido con un parlante de baja frecuencia denominado "woofer", diseñado para reproducir eficientemente sonidos bajo los 2 kHz (cono de mayor diámetro y material más flexible). Otros tienen además un transductor de alta frecuencia más pequeño, denominado "tweeter" (cono de mucho menor diámetro y más duro). Algunos tienen hasta un cuarto transductor denominado "supertweeter", para las frecuencias más altas. Sin embargo, hay que destacar que muchos de estos transductores de alta frecuencia están basados en un principio físico diferente, ya que no tienen bobina móvil. En cambio, utilizan cristales piezoeléctricos que se contraen y dilatan según el voltaje aplicado.

En la actualidad, como las bobinas tienen alambre de cobre, la impedancia de la bobina de los parlantes es de 4 a 32 ohm (generalmente 8 ohm), mientras que los que utilizan piezoeléctricos, tienen una impedancia muchísimo mayor, ya que son materiales dieléctricos no conductores.

En general, los terminales negativos de los parlantes de un baffle, se conectan todos juntos al negativo de la salida del amplificador, mientras que los positivos pasan a través de un filtro pasivo formado por resistencias, bobinas y condensadores, denominado "divisor de frecuencias". Estos filtros hacen que a cada tipo de parlante llegue sin atenuación solo el rango de frecuencias de interés (sin calentar la bobina con frecuencias que no van a salir fielmente reproducidas).

Con imanes permanentes más potentes (magnéticamente más duros) se pueden fabricar parlantes de mayor potencia, menor atenuación de bajas frecuencias y menor tamaño y peso. Los materiales más utilizados son cerámicos ferrimagnéticos de la familia de las "ferritas duras" (óxidos de bario, manganeso, zinc, hierro y otros elementos).

Los "superimanes de Tierras Raras" con samario, praseodimio y neodimio (elementos químicos de la familia de Tierras Raras) con cobalto, desarrollados en los 70´s, y los de neodimio-hierro-boro de los 80´s, han permitido tener auriculares miniaturizados de alta fidelidad y buena reproducción de bajas frecuencias, sin necesidad de las cajas plásticas acolchadas que cubrían las orejas. La utilización de estos compuestos intemetálicos ferromagnéticos, produce parlantes de bobina móvil de muchísima mejor calidad en un volumen mucho menor.


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