Para hacer una buena caja acústica, no basta con cortar madera y hacer simplemente los agujeros para los parlantes en cualquier posición. En este artículo verá que es necesario tener mucha técnica y un poco de habilidad para llegar a resultados satisfactorios.
Nota: este artículo es de 1988 siendo basado en los parlantes da época. Hoy son usados parlantes de otras tecnologías.
Hay numerosos lectores a los que les gustaría construir sus propias cajas acústicas, y muchos son los que lo hacen. Desgraciadamente, también son muchos los que no consiguen resultados satisfactorios.
Sonidos pobres en ciertas frecuencias, vibraciones indeseables y muchos otros fenómenos altamente prejudiciales para la calidad del sonido pueden ser la consecuencia.
¿Por qué no siempre el montaje de una caja acústica casera puede tener resultados satisfactorios?.
La respuesta a esta pregunta puede ser resumida del modo siguiente: no basta simplemente reunir tablas cortadas formando un gabinete y en él instalar cualquier parlante, incluso de buena calidad, para tener una caja acústica.
Es algo más que un mueble que aloja uno o más parlantes, la caja acústica es un dispositivo acústico que debe ser proyectado cuidadosamente, teniendo dimensiones calculadas en función del tipo de parlante usado y del sonido que debe producirse.
Para tener algo más que un mueble donde colocamos parlantes, y obtener una verdadera caja acústica con la reproducción fiel de los sonidos de nuestro equipo es necesario un planeamiento cuidadoso que se hace a partir de los conocimientos de algunos fenómenos acústicos.
¿Cualquiera puede hacer una caja acústica?
La respuesta a esta pregunta también es sencilla: basta que el lector conozca los procesos para calcular las dimensiones de su caja en función del parlante usado, y el necesario cuidado en el manejo de las herramientas, para que pueda conseguir resultados satisfactorios, y ahorrar bastante dinero.
En este artículo trataremos de instruir a los lectores un poco sobre el principio de funcionamiento de las cajas acústicas y a partir de estos conocimientos dar elementos para que el lector pueda proyectar y construir sus propias cajas acústicas.
Como verán los lectores, no serán precisos recursos técnicos avanzados para conseguir llegar a una caja tan buena como las que se encuentran en el comercio, sino solamente un poco de paciencia y habilidad para manejar las herramientas.
1. Porque la caja acústica
Los parlantes no son transductores destinados a la reproducción de sonidos al aire libre. Si se los usa sin ningún otro elemento adicional, los parlantes presentan un rendimiento, muy bajo en la reproducción del sonido, perdiendo, inclusive su capacidad para reproducir ciertas frecuencias.
Podemos comparar un parlante en funcionamiento con un pistón que empuja y tira del aire tanto por adelante como por su parte trasera. Esto significa que la energía proporcionada por el ampliador, necesaria para el movimiento del cono del parlante, es usada tanto para producir sonido hacia atrás como hacia adelante.
Esta distribución de energía hace que el aire libre el rendimiento del parlante sea bajo, porque los sonidos que se propagan hacia atrás. evidentemento no pueden aprovecharse (figura 1).
Pero, además de esta pérdida existe también un problema mas grave que hay que tener en cuenta:
El movimiento del cono hacia adelante y hacia atrás, en la producción del sonido no está en concordancia de fase. Así, cuando el cono se mueve hacia adelante produciendo los picos de compresión del aire en la parte delantera, la parte trasera se está moviendo en sentido contrario, produciendo picos de descompresión, como muestra la figura 2.
Esto quiere decir que las ondas sonoras (compresión y descompresión) producidas en la parte frontal del parlante están en oposición de fase en relación a las ondas producidas en la parte trasera del mismo parlante.
En las altas frecuencias (agudos) en que la longitud de onda es pequeña en relación a las dimensiones del parlante, este fenómeno no es importante porque las vibraciones de la membrana del parlante pueden cancelar los efectos de interferencia con la mezcla de las vibraciones.
Sin embargo, en las frecuencias más bajas (graves), en que la longitud de onda es mucho mayor, las ondas de la parte trasera consiguen propagarse hasta encontrar las de la parte delantera y ocurre un fenómeno de interferencia destructiva.
Las ondas de la parte trasera cancelan las ondas de la parte delantera (figura 3).
El efecto será tanto más pronunciado cuanto menor sea la frecuencia, o sea, más grave sea el sonido. Este es el motivo por el cual los parlantes de dimensiones pequeñas no consiguen reproducir los sonidos de bajas frecuencias, o sea, los graves.
Para mejorar el rendimiento de los parlantes en la producción de los sonidos de menores frecuencias, evitando así que los fenómenos indicados ocurran, es preciso usar recursos acústicos especiales.
Un primer recurso consiste en aumentar la distancia que las ondas de la parte trasera tienen que recorrer para alcanzar la parte delantera y con esto disminuir la frecuencia en que la interferencia destructiva consigue tener sus efectos acentuados.
Esto se hace con la ayuda de un panel, como muestra la figura 4.
Con este panel conseguimos mejor reproducción de graves pues las ondas de la parte trasera no consiguen llegar más a la parte delantera del parlante, pero en compensación, no tendremos toda la potencia acústica disponible. porque todo el sonido producido en la parte trasera se pierde.
El rendimiento de este sistema queda entonces reducido a la mitad.
Se pueden conseguir recursos mejores con la instalación de los parlantes en cajas especiales. Estas cajas son entonces dimensionadas de tal modo que el sonido de la parte trasera pueda aprovecharse.
Pero para esto es preciso que su fase sea alterada de modo que no haya oposición al sonido emitido por el parlante en su parte frontal (figura 5).
Con esto, no tenemos los fenómenos desagradables que pueden ocurrir con el parlante al aire libre o en cajas sin criterio, y obtener una excelente calidad de sonido por el rendimiento conseguido.
Queda entonces claro para el lector que no basta una simple caja para que se consiga los efectos deseados. Para que un parlante pueda presentar su mejor rendimiento en un mueble es preciso que este mueble presente determinadas características que son función de la frecuencia de resonancia del parlante, del volumen de la caja, además de las cualidades físicas de la madera empleada.
No basta entonces hacer una caja y colocar el parlante en su interior. Muy por el contrario, debemos primero elegir el parlante, determinar sus características acústicas, para después dimensionar correctamente la caja que debe alojarlo.
Esto debe hacerse con criterio para que los fenómenos perjudiciales a la reproducción no se manifiesten y con esto se consiga buena calidad de sonido.
¿Cómo proyectar una buena caja?
Esto es lo que veremos a continuación.
2. Como proyectar una caja
En función de sus dimensiones, todo parlante tiende a vibrar con mayor intensidad en determinadas frecuencias y con esto reproducir estas frecuencias con mayor facilidad.
En vista de esta característica de no linealidad de reproducción los parlantes no se comportan de modo semejante en cualquier sonido que deban reproducir. Decimos que los parlantes poseen una determinada frecuencia de resonancia para indicar el punto en que la reproducción se hace con mayor facilidad.
Cuando colocamos un parlante en caja, conforme a sus dimensiones y formato, la frecuencia de resonancia puede ser desplazada como muestra la figura 6.
Esto significa que existe una intima relación entre las dimensiones de un parlante, su frecuencia de resonancia, el formato y las dimensiones de la caja en que debe ser instalado.
Para proyectar una caja acústica debemos conocer la frecuencia de resonancia del parlante usado, por esos hemos indicado a los lectores que la caja es determinada por el parlante y no al contrario. Existen entonces diversas posibilidades.
Primer tipo de proyecto
En la práctica es muy difícil estar en condiciones de colocar un parlante en un panel con dimensiones infinitas, para evitar que las ondas de la parte trasera llegue a la parte frontal.
Podemos entonces partir de una primera solución que consiste en cerrar el parlante herméticamente en una caja evitando así que las ondas de la parte de atrás salgan.
Esta solución, sin embargo, presenta serios inconvenientes que limitan bastante su admisión, principalmente en sistemas de grandes potencias.
Uno de ellos reside en que la masa de aire en el interior de la caja queda presa de tal manera que su movimiento se vuelve muy difícil, reaccionando de modo acentuado al movimiento del cono del parlante que se ve entonces sometido a un esfuerzo mecánico considerable.
El sistema queda entonces "endurecido" de tal modo que en las altas potencias el parlante puede incluso romper su como en función del esfuerzo que debe hacer.
Para corregir este defecto, una solución consiste en hacer una abertura en la parte frontal de la caja, pero de manera bien planeada.
En función de las dimensiones del parlante tenemos su frecuencia de resonancia y también las dimensiones de la caja. Estas mismas dimensiones determinan el modo cómo debe hacerse esta abertura para que no ocurra justamente el fenómeno que estamos queriendo evitar: la interferencia de las ondas de la parte trasera en las que son producidas en la parte delantera del parlante.
Para parlantes de 21, 24 y 28 cm. (aproximadamente) damos las dimensiones de la caja y de la abertura para que se obtengan los mejores resultados prácticos. El diseño de la caja aparece en la figura 8.
Vea el lector que este tipo de caja está destinado solamente a la reproducción de los medios y de los graves. Para los agudos debe usarse un tweeter externo que puede ser colocado sobre la caja.
Segundo tipo de proyecto
(Reflector de graves o bass reflex)
La mayoría de las cajas usadas actualmente en los equipos de alta fidelidad son del tipo reflector de graves o bass reflex.
La utilización de este tipo de caja se debe a diversos factores positivos que ofrece su proyecto, como por ejemplo la economa de espacio, la eficiencia y la calidad de reproducción.
En la figura 9 mostramos este tipo de caja, observándose el agujero para el parlante (o parlantes) y en seguida la abertura para permitir el movimiento del aire en el interior de la caja, denominado "pórtico".
En algunos, en este orificio se debe colocar un tubo de largo y diámetro determinados por las características acústicas del sistema.
El primer paso para el proyecto de una caja acústica del tipo bass reflex consiste en determinar 1a frecuencia de resonancia del parlante que se usará en dos condiciones de operación: la primera al aire libre que se consigue con facilidad del propio catálogo del fabricante o determinada por medios que describiremos más adelante.
La segunda es según la frecuencia de resonancia en una caja patrón cuyas dimensiones aparecen en la figura 10.
Para obtener 1a frecuencia de resonancia el lector precisará de algunos instrumentos que son:
a) Un pequeño amplificador o cualquier amplificador que responda ala frecuencia en la banda de los 20 a los 200 Hz.
b) Un generador de audio que produzca frecuencias en la banda de 20 a los 200 Hz.
c) Un multímetro común con escala de bajas tensiones alternas.
Los aparatos más el parlante se conectan como muestra la figura 11.
Con este circuito, además de la frecuencia de resonancia del parlante en la caja, podemos también determinar la frecuencia al aire libre.
Para hacer la determinación basta colocar el amplificador en un volumen en que provea unos 2 ó 3W de potencia al parlante. Si su amplificador fuera mucho más potente, conecte en serie con el parlante un resistor limitador de 10 a 100 ohm x 10 W.
Se parte entonces del generador de señales en una frecuencia alrededor de 20 Hz al mismo tiempo que se observa 1a indicación de tensión del multímetro.
A medida que la frecuencia sube en el generador, observamos variaciones de la tensión indicada por el multímetro hasta el punto en quela aguja acusa su valor mas alto.
En este valor tendremos la correspondencia con la frecuencia de resonancia dada por el generador.
Con estos dos valores obtenidos, frecuencia al aire libre y frecuencia en la caja patrón, podemos calcular las dimensiones de la caja con la ayuda de algunas tablas y nomogramas.
Para los que gustan de los cálculos, existe una fórmula que puede usarse directamente:
V = (c2 . A) / { 42. π . fo2 . [ 2L + 0,5 . √(π.A) ] }
Donde:
V es el volumen de la caja en centímetros cúbicos
c es la velocidad del sonido en milímetros por segundo (3,4 x 10 4)
A es la superficie de abertura del pórtico en centímetros cuadrados
fo es la frecuencia al aire libre de resonancia del parlante
L es la longitud del tubo colocado en el pórtico.
Para los que prefieren los nomogramas damos las figuras 12 y 13 que nos dan los volúmenes que deben tener las cajas acústicas para dos tipos de parlantes.
El primero se refiere al parlante de 20 cm. y el segundo para parlantes entre 25 y 30 cm.
El uso de los nomogramas debe hacerse con cuidado, y se recomienda el uso de regla y lápiz.
Para usar los nomogramas el lector debe proceder entonces de la siguiente
manera:
a) Elija el nomograma de acuerdo con las de dimensiones de su parlante.
b) Marque en la línea (d) la frecuencia de resonancia del parlante al aire libre (que se encuentra en el manual o por el proceso indicado antes).
c) Marque en la línea (b) la frecuencia del parlante obtenida en la caja patrón.
d) Una los dos puntos obtenidos anteriormente con una regla, trazando entonces la líneas (I).
e) En la línea I marque el punto en que ella cruza la línea de referencia (c).
Llame a este punto (A).
f) Una el punto R con el punto A trazando así la recta II.
g) El punto en que la recta II cruza la recta (a) dará al lector el volumen en litros que debe tener su caja acústica.
Una vez obtenido este volumen el lector debe consultar uno de los gráficos de las figuras 14, 15 y 16. En estos gráficos tenemos el dimensionamiento del tubo que se debe usar en el pórtico para que la frecuencia de resonancia de 1a caja sea la más baja posible.
Este tubo se hará con cartón grueso u otro material de características equivalentes.
Tenemos finalmente en el nomograma de la figura 17 la posibilidad de encontrar las tres dimensiones de la caja en centímetros en función del volumen tomado del primer nomograma.
Para usar este nomograma basta trazar una recta horizontal a partir del volumen deseado y con eso obtener las tres dimensiones de la caja en las escalas (a), (b) y (c).
Está claro que el volumen puede también ser calculado lijando dos dimensiones de acuerdo con la voluntad del montador y calculando la tercera.
Basta recordar que la fórmula para calcular el volumen de un prisma, que es el formato de la caja es:
V = a x b x c
En esta fórmula a, b y c son largo, ancho y altura de la caja.
Pero, si proyectar la caja ya lleva algún tiempo y exige habilidad y trabajo su construcción también requiere lo suyo.
En la segunda parte de este artículo hablaremos de la construcción en si de las cajas.
(Publicado originalmente en 1988)