En un altavoz , un conector de fase , un conector de fase o un transformador acústico es una interfaz mecánica entre el controlador del altavoz y la audiencia. El conector de fase extiende la respuesta de alta frecuencia porque guía las ondas hacia el oyente en lugar de permitir que interactúen destructivamente cerca del controlador. [1]
Los tapones de fase se encuentran comúnmente en altavoces de bocina de alta potencia utilizados en audio profesional , en los pasos de banda de frecuencia media y alta, ubicados entre el diafragma del controlador de compresión y la bocina acústica . También pueden estar presentes delante de los conos de woofer en algunos diseños de altavoces. En cada caso, sirven para ecualizar las longitudes de trayectoria de las ondas de sonido desde el controlador hasta el oyente, para evitar cancelaciones y problemas de respuesta de frecuencia. El tapón de fase puede considerarse un estrechamiento adicional de la garganta de la bocina, convirtiéndose en una extensión de la bocina hasta la superficie del diafragma. [2]
En 1877, el industrial alemán Werner von Siemens inventó un controlador electromecánico del tipo que se utilizó más tarde en los altavoces, pero no existió ninguna amplificación práctica para crear el altavoz hasta 1921. [3] En la década de 1920 se produjeron varios diseños de altavoces, incluidos los ingenieros de General Electric Chester W. Rice y Edward W. Kellogg que acoplaron una bocina acústica al controlador del altavoz en 1925. [4] En 1926, los ingenieros de Bell System Albert L. Thuras y Edward C. Wente modificaron el altavoz de bocina insertando el primer tapón de fase entre el controlador y la bocina. [5] Este tapón de fase dirigía las ondas sonoras hacia la garganta de la bocina desde el centro del diafragma y desde un anillo alrededor del perímetro del diafragma, a través de un orificio central y una ranura anular, con el fin de mejorar "las características de transmisión" del altavoz "en la parte superior del rango de frecuencia del sonido". [6] Gracias a su investigación conjunta, los dos ingenieros obtuvieron patentes estadounidenses consecutivas: Thuras presentó una patente para un diseño novedoso de diafragma electrodinámico y Wente presentó una patente para el primer tapón de fase. [6] [7] Los principios establecidos por Thuras y Wente han influido en todos los diseños de tapones de fase posteriores. [8]
En los altavoces de bocina, el tapón de fase sirve para llevar las ondas sonoras desde todas las áreas del diafragma del controlador de compresión a través de la cámara de compresión hasta la garganta de la bocina, de modo que cada pulso de sonido llega a la garganta como un frente de onda coherente. [9] Con una implementación exitosa, el rendimiento de alta frecuencia se extiende aún más. [10]
El tapón de fase es un elemento complejo y costoso del motor de compresión. [5] Su fabricación requiere tolerancias finas. Los tapones de fase se mecanizan en metales como el aluminio, o se funden en plástico duro o baquelita . [10] Meyer Sound Laboratories eligió un plástico ligero por su resistencia a la temperatura y la humedad. [11]
Existen muchas variaciones en el diseño de tapones de fase, pero han evolucionado dos tipos para adaptarse a los dos tipos principales de diafragma: cúpula y anillo.
Los diafragmas con forma de domo son similares a las patentes de Thuras/Wente de los años 20 y todavía se utilizan habitualmente en la actualidad. Los tapones de fase que interactúan con los diafragmas tipo domo incluyen una amplia variedad: diseños con ranuras radiales, diseños con ranuras anulares concéntricas y diseños híbridos con una combinación de ranuras anulares y radiales. El ingeniero de Altec Clifford A. Henricksen informó sobre las diferencias entre los tipos radiales y "circunferenciales" de tapones de fase en las convenciones de la Audio Engineering Society en 1976 y 1978. [12] [13] El diseño radial es más fácil de producir, pero no diferencia entre las ondas sonoras del perímetro del diafragma y las ondas sonoras del centro. A altas frecuencias, el diafragma no actúa como un pistón perfecto; en cambio, muestra propiedades modales onduladas relacionadas con su rigidez y densidad. Debido a la velocidad de propagación de las ondas a través del material del diafragma, el centro del diafragma se mueve ligeramente más tarde que el perímetro. Las ranuras radiales en el tapón de fase no corrigen esta pequeña diferencia de tiempo, que afecta a las frecuencias más altas. Las ranuras circulares concéntricas pueden corregir el comportamiento de ondulación del diafragma, pero la posición de las ranuras es fundamental. Las ranuras circulares pueden permitir que se acumulen resonancias entre el diafragma y el tapón de fase, resonancias que causan cancelaciones de ondas y una reducción correspondiente en la respuesta de frecuencia en la frecuencia de resonancia. [5]
El diafragma de anillo, menos común, es un desarrollo posterior que pretende minimizar los problemas relacionados con la propagación de ondas a través del material del diafragma. Este diseño requiere una forma radicalmente diferente de tapón de fase, pero las ranuras radiales y los anillos concéntricos aún pueden desempeñar un papel. [5]
El área combinada de las ranuras del tapón de fase es típicamente de un octavo a un décimo del área del diafragma. Esto da una relación de cambio de velocidad de presión a volumen en el rango de 8:1 a 10:1, que sirve para hacer coincidir la impedancia del diafragma con la garganta del cuerno. [8] [14] Un área de ranura más grande admite más energía de onda de sonido pero también refleja más energía hacia atrás sobre el diafragma. Un área de ranura más pequeña atrapa más energía de onda entre el tapón de fase y el diafragma. Al investigar la interfaz diafragma/tapón de fase, David Gunness descubrió que solo la mitad de la energía de onda, en el mejor de los casos, viaja directamente desde el diafragma a través de las ranuras del tapón de fase y hacia el oyente. La otra mitad (o más) causa cancelaciones dentro del espacio entre el diafragma y el tapón de fase, o causa anomalías temporales (borrosidad de tiempo) al salir del tapón de fase más tarde que el sonido directo. Para minimizar el problema, Gunness modeló el comportamiento matemáticamente y utilizó el procesamiento de señales digitales para aplicar una versión de polaridad invertida del comportamiento de onda no deseado a la señal de audio original . [15]
Los tapones de fase se pueden colocar delante de los conos de los woofers , especialmente en los diseños de altavoces con bocina. De la misma manera que los tapones de fase de los controladores de compresión, la intención es minimizar la interferencia de ondas de alta frecuencia cerca del controlador. En este caso, la "alta frecuencia" es relativa al paso de banda deseado; por ejemplo, se podría esperar que un woofer de cono de 12 pulgadas (300 mm) reproduzca energía de 550 Hz cerca de la parte superior de su rango deseado, sin embargo, la longitud de onda de 550 Hz es aproximadamente el doble del diámetro del woofer, por lo que la energía de onda a esa frecuencia que viaja lateralmente de un lado al otro estará desfasada y se cancelará. Con un tapón de fase en el centro, dicha energía de onda lateral rebota en la obstrucción y se refleja hacia afuera, hacia el oyente. Los tapones de fase para los conos de woofer son típicamente tapones sólidos colocados sobre la tapa antipolvo central del woofer, o en el centro del woofer, reemplazando la tapa antipolvo. [16] [17]