Un altavoz de agudos o de agudos es un tipo especial de altavoz (normalmente de cúpula, de cúpula inversa o de bocina) que está diseñado para producir altas frecuencias de audio, normalmente ofrece altas frecuencias de hasta 100 kHz. El nombre se deriva de los sonidos agudos que emiten algunos pájaros (tweets), especialmente en contraste con los graves ladridos de muchos perros , que dan nombre a los controladores de baja frecuencia ( woofers ).
Casi todos los tweeters son controladores electrodinámicos que utilizan una bobina móvil suspendida dentro de un campo magnético fijo. Estos diseños funcionan aplicando corriente desde la salida de un circuito amplificador a una bobina de alambre llamada bobina móvil . La bobina móvil produce un campo magnético variable, que actúa contra el campo magnético fijo de un imán permanente alrededor del cual está suspendida la bobina móvil cilíndrica, obligando a la bobina móvil y al diafragma adjunto a moverse. Este movimiento mecánico se asemeja a la forma de onda de la señal electrónica suministrada desde la salida del amplificador a la bobina móvil. Dado que la bobina está unida a un diafragma, el movimiento vibratorio de la bobina móvil se transmite al diafragma; el diafragma, a su vez, hace vibrar el aire, creando así movimientos de aire u ondas de audio, que se escuchan como sonidos agudos.
Los tweeters modernos suelen ser diferentes de los tweeters más antiguos, que generalmente eran versiones pequeñas de los woofers . A medida que la tecnología de los tweeters ha avanzado, se han popularizado diferentes aplicaciones de diseño. Muchos diafragmas de tweeter de cúpula blanda están termoformados a partir de una película de poliéster o de tela de seda o poliéster impregnada con una resina polimérica. Los tweeters de cúpula dura suelen estar hechos de aluminio, aleaciones de aluminio y magnesio o titanio.
Los tweeters están destinados a convertir una señal eléctrica en movimiento mecánico de aire sin agregar ni restar nada, pero el proceso es imperfecto y los tweeters del mundo real implican compensaciones. Entre los desafíos en el diseño y fabricación de tweeters se encuentran: proporcionar una amortiguación adecuada, para detener rápidamente el movimiento de la cúpula cuando termina la señal; asegurar la linealidad de la suspensión, permitiendo un alto rendimiento en el extremo inferior de su rango de frecuencia; asegurar la ausencia de contacto con el conjunto magnético, manteniendo la cúpula centrada mientras se mueve; y proporcionar un manejo de potencia adecuado sin agregar masa excesiva. Los tweeters contribuyen a una experiencia de audio rica y equilibrada al centrarse en las frecuencias de sonido más altas. [1]
Los tweeters también pueden funcionar en colaboración con los woofers que se encargan de generar las frecuencias bajas o graves. [2]
Algunos tweeters se encuentran fuera del recinto principal en su propia unidad semiindependiente. Los ejemplos incluyen " super tweeters " y la novela "egg tweeter" de Ohm. Este último se enchufa y gira para ajustar el campo sonoro según la posición del oyente y las preferencias del usuario. La separación del deflector se considera óptima según la teoría de que el deflector más pequeño posible es óptimo para los tweeters. [3]
La mayoría de los tweeters están diseñados para reproducir frecuencias hasta el límite superior formalmente definido del rango de audición humana (normalmente listado como 20 kHz); algunos funcionan en frecuencias de hasta aproximadamente entre 5 kHz y 20 kHz. Se han diseñado tweeters con un rango superior mayor para pruebas psicoacústicas, para audio digital de rango extendido como Super Audio CD destinado a audiófilos , para biólogos que realizan investigaciones sobre la respuesta de los animales a los sonidos y para sistemas de sonido ambiental en zoológicos. Se han fabricado tweeters de cinta que pueden reproducir 80 kHz [4] e incluso 100 kHz. [5]
Todos los materiales del domo tienen ventajas y desventajas. Tres propiedades que los diseñadores buscan en los domos son baja masa, alta rigidez y buena amortiguación. Celestion fueron los primeros fabricantes en fabricar tweeters de cúpula de un metal, el cobre . Hoy en día se utilizan otros metales como aluminio , titanio , magnesio y berilio , así como diversas aleaciones de los mismos, siendo a la vez ligeros y rígidos pero de baja amortiguación; sus modos resonantes ocurren por encima de 20 kHz. También se utilizan materiales más exóticos, como el diamante sintético , por su extrema rigidez. Las películas de tereftalato de polietileno y los tejidos de seda sufren menos zumbidos, pero no son tan rígidos, lo que puede limitar su salida de muy alta frecuencia.
En general, los tweeters de cúpula más pequeños proporcionan una dispersión más amplia del sonido en las frecuencias más altas. Sin embargo, los tweeters de cúpula más pequeños tienen menos área de radiación, lo que limita su salida en el extremo inferior de su rango; y tienen bobinas móviles más pequeñas, lo que limita su producción de potencia general.
El ferrofluido es una suspensión de partículas magnéticas de óxido de hierro muy pequeñas (normalmente 10 nm) en un líquido de muy baja volatilidad , normalmente un aceite sintético. Una amplia gama de variantes de viscosidad y densidad magnética permiten a los diseñadores agregar amortiguación, enfriamiento o ambos. El ferrofluido también ayuda a centrar la bobina móvil en el espacio magnético, lo que reduce la distorsión. El fluido normalmente se inyecta en el espacio magnético y se mantiene en su lugar gracias al fuerte campo magnético. Si un tweeter ha sido sometido a niveles de potencia elevados, se produce cierto espesamiento del ferrofluido a medida que una porción del líquido portador se evapora. En casos extremos, esto puede degradar la calidad del sonido y el nivel de salida de un tweeter, por lo que se debe retirar el líquido e instalar uno nuevo.
Los tweeters diseñados para refuerzo de sonido y aplicaciones de instrumentos musicales son muy similares a los tweeters de alta fidelidad, aunque generalmente no se los conoce como tweeters, sino como "controladores de alta frecuencia". Las diferencias clave en los requisitos de diseño son: montajes construidos para envío y manipulación repetidos, controladores a menudo montados en estructuras de bocina para proporcionar niveles de sonido más altos y un mayor control de la dispersión del sonido, y bobinas móviles más robustas para soportar los niveles de potencia más altos que normalmente se encuentran. Los parlantes de alta frecuencia en las bocinas de PA a menudo se denominan " parlantes de compresión " debido al modo de acoplamiento acústico entre el diafragma del parlante y la garganta de la bocina.
En la construcción de los diafragmas de los motores de compresión se utilizan diversos materiales, incluidos titanio, aluminio, tejido impregnado de fenólico, poliimida y película de PET , cada uno de los cuales tiene sus propias características. El diafragma está pegado a un formador de bobina móvil, generalmente hecho de un material diferente al de la cúpula, ya que debe soportar el calor sin romperse ni cambiar dimensionalmente significativamente. Las películas de poliimida, Nomex y fibra de vidrio son populares para esta aplicación. La suspensión puede ser una continuación del diafragma y está pegada a un anillo de montaje, que puede encajar en una ranura, sobre pasadores de ubicación o sujetarse con tornillos de máquina. El diafragma generalmente tiene forma de cúpula invertida y se carga en una serie de canales cónicos en una estructura central llamada conector de fase , que iguala la longitud del camino entre varias áreas del diafragma y la garganta de la bocina, evitando cancelaciones acústicas entre diferentes puntos del superficie del diafragma. El tapón de fase sale por un tubo cónico, que forma el comienzo de la propia bocina. Esta garganta que se expande lentamente dentro del conductor continúa con el sonido de la bocina. La bocina controla el patrón de cobertura o directividad y, como transformador acústico, añade ganancia. Una combinación de bocina profesional y controlador de compresión tiene una sensibilidad de salida de entre 105 y 112 dB/vatio/metro. Esto es sustancialmente más eficiente (y menos peligroso térmicamente para una bobina móvil pequeña y un formador) que otras construcciones de tweeter.
Los tweeters de cono tienen el mismo diseño y forma básicos que un woofer con optimizaciones para funcionar a frecuencias más altas. Las optimizaciones suelen ser:
Los tweeters de cono eran populares en los altavoces estéreo de alta fidelidad más antiguos diseñados y fabricados en las décadas de 1960 y 1970 como alternativa al tweeter de cúpula (que se desarrolló a finales de la década de 1950). Los tweeters de cono hoy en día suelen ser relativamente baratos, pero muchos de los del pasado eran de alta calidad, como los fabricados por Audax/Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen y SEAS. Estos tweeters de cono antiguos exhibieron una respuesta de frecuencia muy plana, baja distorsión, respuesta transitoria rápida, una frecuencia de resonancia baja y una suave atenuación de los graves, lo que facilita el diseño del crossover.
Típico de las décadas de 1960 y 1970 fueron los tweeters de cono de "anillo fenólico" CTS, que exhibían una respuesta plana de 2000 a 15 000 Hz, baja distorsión y respuesta transitoria rápida. El tweeter de "anillo fenólico" CTS recibe su nombre del anillo de suspensión con borde de color naranja que está hecho de fenólico. Se utilizó en muchas marcas y modelos de altavoces antiguos de gran prestigio y era una unidad de precio medio.
Los tweeters de cono tienen una característica de dispersión más estrecha que es la misma que la de un woofer de cono. Por lo tanto, muchos diseñadores creyeron que esto los convertía en una buena combinación con los conos de medios y woofers, permitiendo una excelente imagen estéreo. Sin embargo, el "punto óptimo" creado por la estrecha dispersión de los tweeters de cono es pequeño. Los parlantes con tweeters de cono ofrecían la mejor imagen estéreo cuando se colocaban en las esquinas de la habitación, una práctica común en las décadas de 1950, 1960 y principios de 1970.
Durante las décadas de 1970 y 1980, la introducción generalizada de discos para audiófilos de mayor calidad y la llegada del CD hicieron que el tweeter de cono perdiera popularidad porque los tweeters de cono rara vez se extienden más allá de los 15 kHz. Los audiófilos sintieron que los tweeters de cono carecían de la "ligereza" de los tweeters de cúpula u otros tipos. Sin embargo, muchos tweeters de cono de alta gama permanecieron en producción limitada por parte de Audax, JBL y SEAS hasta mediados de la década de 1980.
Los tweeters de cono ahora rara vez se utilizan en el uso moderno de alta fidelidad y se ven habitualmente en aplicaciones de bajo costo, como parlantes de automóviles de fábrica, sistemas estéreo compactos y equipos de sonido. Algunos fabricantes de altavoces boutique han vuelto recientemente a los tweeters de cono de alta gama, especialmente recreaciones de modelos de anillo fenólico CTS, para crear un producto con sonido vintage.
Un tweeter de cúpula se construye acoplando una bobina móvil a una cúpula (hecha de tela tejida, metal fino u otro material adecuado), que se fija al imán o a la placa superior mediante una suspensión de baja distensibilidad. Estos tweeters normalmente no tienen un marco o canasta, sino una simple placa frontal unida al conjunto magnético. Los tweeters de cúpula se clasifican por el diámetro de su bobina móvil y varían desde 19 mm (0,75 pulgadas) hasta 38 mm (1,5 pulgadas). La inmensa mayoría de los tweeters de cúpula que se utilizan actualmente en los altavoces de alta fidelidad tienen un diámetro de 25 mm (1 pulgada).
Una variación es el radiador de anillo en el que la "suspensión" del cono o cúpula se convierte en el principal elemento radiante. Estos tweeters tienen características de directividad diferentes en comparación con los tweeters de cúpula estándar.
Un tweeter piezoeléctrico (o piezoeléctrico) contiene un cristal piezoeléctrico acoplado a un diafragma mecánico. Se aplica una señal de audio al cristal, que responde flexionándose en proporción al voltaje aplicado a través de las superficies del cristal, convirtiendo así la energía eléctrica en mecánica.
La conversión de impulsos eléctricos en vibraciones mecánicas y la conversión de las vibraciones mecánicas devueltas en energía eléctrica es la base de las pruebas ultrasónicas. El elemento activo es el corazón del transductor ya que convierte la energía eléctrica en energía acústica y viceversa. El elemento activo es básicamente una pieza de material polarizado (es decir, algunas partes de la molécula están cargadas positivamente, mientras que otras partes de la molécula están cargadas negativamente) con electrodos unidos a dos de sus caras opuestas. Cuando se aplica un campo eléctrico a través del material, las moléculas polarizadas se alinearán con el campo eléctrico, lo que dará como resultado dipolos inducidos dentro de la estructura molecular o cristalina del material. Esta alineación de moléculas hará que el material cambie de dimensiones. Este fenómeno se conoce como electroestricción . Además, un material permanentemente polarizado como el cuarzo (SiO 2 ) o el titanato de bario (BaTiO 3 ) producirá un campo eléctrico cuando el material cambie de dimensiones como resultado de una fuerza mecánica impuesta. Este fenómeno se conoce como efecto piezoeléctrico .
Los tweeters piezoeléctricos rara vez se utilizan en audio de alta gama debido a su baja fidelidad, aunque sí aparecieron en algunos diseños de alta gama de finales de los años 70, como el Celef PE1 en el que se utilizaron como un súper tweeter en combinación con un Tweeter de cúpula convencional. A menudo se utilizan en juguetes, timbres, alarmas, cajas de altavoces para bajos, altavoces estéreo o de ordenador baratos y bocinas de megafonía. [ cita necesaria ]
Un tweeter de cinta utiliza un diafragma muy delgado (a menudo de aluminio, o tal vez de una película de plástico metalizado) que sostiene una bobina plana frecuentemente hecha por deposición de vapor de aluminio, suspendida en un poderoso campo magnético (generalmente proporcionado por imanes de neodimio ) para reproducir altas frecuencias. El desarrollo de los tweeters de cinta ha seguido más o menos al desarrollo de los micrófonos de cinta . La cinta es de un material muy liviano y, por lo tanto, capaz de lograr una aceleración muy alta y una respuesta extendida de alta frecuencia. Las cintas tradicionalmente han sido incapaces de ofrecer un alto rendimiento (la razón principal son los grandes espacios magnéticos que conducen a un acoplamiento magnético deficiente). Pero las versiones de mayor potencia de tweeters de cinta se están volviendo comunes en los sistemas line array de refuerzo de sonido a gran escala, que pueden atender a audiencias de miles de personas. Son atractivos en estas aplicaciones ya que casi todos los tweeters de cinta exhiben inherentemente propiedades direccionales útiles, con una dispersión (cobertura) horizontal muy amplia y una dispersión vertical muy estrecha. Estos controladores se pueden apilar fácilmente verticalmente, creando una matriz en línea de alta frecuencia que produce altos niveles de presión sonora mucho más lejos de las ubicaciones de los altavoces que los tweeters convencionales.
Algunos diseñadores de altavoces utilizan un tweeter magnético plano, a veces llamado cuasi-cinta. Los tweeters magnéticos planos son generalmente menos costosos que los tweeters de cinta verdaderos, pero no son exactamente equivalentes, ya que una cinta de lámina metálica es más liviana que el diafragma de un tweeter magnético plano y las estructuras magnéticas son diferentes. Por lo general , se utiliza una pieza delgada de película de PET o plástico con un cable de bobina móvil que pasa varias veces verticalmente sobre el material. La estructura magnética es más económica que la de los tweeters de cinta.
Un tweeter electrostático funciona según los mismos principios que un altavoz electrostático de rango completo o un par de auriculares electrostáticos. Este tipo de altavoz emplea un diafragma delgado (generalmente de plástico y típicamente película de PET ), con una fina capa conductora, suspendido entre dos pantallas o láminas de metal perforadas, denominadas estatores.
La salida del amplificador de excitación se aplica al primario de un transformador elevador con un secundario con toma central, y se aplica un voltaje muy alto (de varios cientos a varios miles de voltios) entre la toma central del transformador y el diafragma. Las electrostáticas de este tipo incluyen necesariamente una fuente de alimentación de alto voltaje para proporcionar el alto voltaje utilizado. Los estatores están conectados a los terminales restantes del transformador. Cuando se aplica una señal de audio al primario del transformador, los estatores se desfasan eléctricamente 180 grados, atrayendo y repeliendo alternativamente el diafragma.
Una forma poco común de controlar un altavoz electrostático sin transformador es conectar las placas de un amplificador de válvulas de vacío push-pull directamente a los estatores y el suministro de alto voltaje entre el diafragma y tierra.
La electrostática ha reducido la distorsión armónica de orden par debido a su diseño push-pull. También tienen una distorsión de fase mínima. El diseño es bastante antiguo (las patentes originales datan de la década de 1930), pero ocupa un segmento muy pequeño del mercado debido a sus altos costos, baja eficiencia, gran tamaño para diseños de gama completa y fragilidad.
El tweeter Air Motion Transformer funciona empujando el aire perpendicularmente desde el diafragma plisado. Su diafragma son los pliegues de película (típicamente película de PET) doblados alrededor de puntales de aluminio sostenidos en un fuerte campo magnético. En décadas pasadas, ESS de California produjo una serie de altavoces híbridos utilizando dichos tweeters, junto con woofers convencionales, refiriéndose a ellos como transductores Heil en honor a su inventor, Oskar Heil . Son capaces de alcanzar niveles de producción considerables y son bastante más resistentes que la electrostática o las cintas, pero tienen elementos móviles similares de baja masa.
La mayoría de los controladores AMT que se utilizan actualmente son similares en eficiencia y respuesta de frecuencia a los diseños originales de Oskar Heil de la década de 1970.
Un tweeter de bocina es cualquiera de los tweeters anteriores acoplados a una estructura acampanada o de bocina . Las bocinas se utilizan con dos propósitos: controlar la dispersión y acoplar el diafragma del tweeter al aire para una mayor eficiencia. En cualquier caso, el tweeter suele denominarse controlador de compresión y es bastante diferente de los tipos más comunes de tweeters (ver arriba). Si se usa correctamente, una bocina mejora la respuesta fuera del eje del tweeter al controlar (es decir, reducir) la directividad del tweeter. También puede mejorar la eficiencia del tweeter acoplando la impedancia acústica relativamente alta del altavoz a la impedancia más baja del aire. Cuanto más grande es la bocina, menores son las frecuencias a las que puede funcionar, ya que las bocinas grandes proporcionan acoplamiento al aire en frecuencias más bajas. Existen diferentes tipos de bocinas, incluidas las radiales y las de directividad constante (CD). Los tweeters de bocina pueden tener una firma sonora algo "diferente" a la de los tweeters de cúpula simples. Las bocinas mal diseñadas o mal cruzadas tienen problemas predecibles en la precisión de su salida y la carga que presentan al amplificador. Quizás preocupados por la imagen de bocinas mal diseñadas, algunos fabricantes usan tweeters cargados con bocina, pero evitan usar el término. Sus eufemismos incluyen "apertura elíptica", "semi-bocina" y "directividad controlada". No obstante, se trata de una forma de carga de bocina.
Debido a que el gas ionizado está cargado eléctricamente y, por lo tanto, puede ser manipulado mediante un campo eléctrico variable, es posible utilizar una pequeña esfera de plasma como tweeter. Estos tweeters se denominan tweeter de plasma o tweeter de iones. Pueden ser más complejos que otros tweeters (en otros tipos no se requiere generación de plasma), pero ofrecen la ventaja de que la masa en movimiento es óptimamente baja, si no relativamente sin masa y, por lo tanto, muy sensible a la entrada de señal. Los primeros modelos de estos tweeters no eran capaces de producir un alto rendimiento, ni otra reproducción que no fuera la de muy alta frecuencia, por lo que generalmente se usan en la garganta de una estructura de bocina para administrar los niveles de salida utilizables. Una desventaja es que el arco de plasma puede producir ozono y NOx , gases venenosos , en pequeñas cantidades como subproducto. Debido a esto, en la década de 1980 se prohibió la importación a los Estados Unidos de los altavoces Magnat "magnasphere" de fabricación alemana. Cualquier diseño moderno utiliza catalizadores para reducir la producción de gas a cantidades insignificantes.
En el pasado, el fabricante dominante en Estados Unidos era DuKane, cerca de St. Louis, que fabricaba el Ionovac; También se vende en una variante del Reino Unido como Ionophone. Electro-Voice hizo un modelo durante un corto tiempo bajo licencia junto con DuKane del inventor Siegfried Klein. Estos primeros modelos eran delicados y requerían el reemplazo regular de la celda en la que se generaba el plasma (la unidad DuKane usaba una celda de cuarzo mecanizada con precisión). Como resultado, eran unidades caras en comparación con otros diseños. Quienes han oído hablar de los Ionovacs informan que, en un sistema de altavoces con un diseño sensato, los agudos eran "aireados" y muy detallados, aunque no era posible lograr un alto rendimiento.
En la década de 1980, el altavoz Plasmatronics también utilizaba un tweeter de plasma, aunque el fabricante no permaneció en el negocio por mucho tiempo y se vendieron muy pocas de estas complejas unidades.
