Divagaciones sobre cajas cerradas

En esta sección todo lo referente a cajas HUM de tipo cerradas o BR.
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vicrod
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Divagaciones sobre cajas cerradas

Mensaje por vicrod »

Se me ocurre que una de las manifestaciones del “pensamiento mágico” que domina el Hi-end se da en el diseño de recintos acústicos (cajas)

(Aviso: todo lo que viene a continuación se refiere al diseño de cajas cerradas, que es a lo que llevo unos días dándole vueltas...no bass-reflex, ni pasobanda, etc)

La tendencia dominante es hacerlos masivos proporcionalmente a su precio, es innegable la conexión subconsciente entre peso/robustez de un altavoz y su calidad percibida, y además cuando esta se apoya en la experiencia cotidiana que tenemos de que una pared gruesa aísla acústicamente más que una pared delgada, la creencia de que un bafle contra más pesado y grueso, mejor, parece sólida.

Sin embargo, este razonamiento, que funcionaria maravillosamente en el caso de que un altavoz fuera una caja homogéneamente construida, olvida el hecho de que un altavoz no es eso, sino mas bien una caja sólida con una gran abertura en un lado del cajón apenas cubierta por una membrana de escaso grosor (el o los drivers)

Evidentemente, esta “membrana” apenas ofrece resistencia acústica comparada con las paredes del recinto, lo cual hace que el supuesto de la caja sellada-y-de-gruesas-paredes se vaya al cuerno...

La principal fuente de distorsión que sufre un driver metido en una caja cerrada con respecto al mismo driver montado sobre un bafle abierto (dipolo) es esta, el rebote de la onda que vuelve a salir, disminuido y deformado, a través de la membrana del driver.

Sorprendentemente, esta fuente de distorsión suele ser ignorada, o tenida como inevitable e inmodificable, en el diseño de la mayor parte de las altavoces comerciales, que se limitan a tapizar las paredes internas de los recintos con mayor o menor numero de capas de material absorbente, esperando que esto atenúe algo la onda trasera del driver

La segunda fuente de distorsión es la propia vibración del bafle, sometido a las ondas y presiones que se generan dentro de él por acción del driver.
Curiosamente, algunos de los perniciosos efectos del bafle como almacén de energía acústica, con la consiguiente posterior distorsión, empeoran al hacerlo mas masivo.

Esta fuente de distorsión es la que habitualmente se intenta combatir, aunque se presta poca atención a las realidades físicas, y mas de la necesaria a las psicológicas, a saber, que un recinto acústico caro debe parecer inerte y solido a la vista y a test tan básicos como el clásico golpeteo de nudillos (¡Mira, como una piedra!), importando mucho menos como se comporta ante las ondas sonoras...

Algunos diseños (y pienso en caracolas, por ejemplo, tipo Nautilus, o Alf...) van un poco más allá, y tratan de reducir la onda trasera en su camino de vuelta a la libertad a través del driver, pero en general son casos contados.

Y yo me pregunto...¿Que procelosa fauna nos aguarda tras esos simpáticos gasterópodos caracoloides (que es la manera físna de decir cara-guevo...)? ¿Ein? ¿Ein? ¿Donde buscar?
Última edición por vicrod el Dom 04 Ene 2009 , 3:22, editado 1 vez en total.
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Pues los lugares obvios donde buscar son esas ramas de la ingeniería que tratan con el problema de la atenuación del sonido en circunstancias donde la fuente de ruido esta abierta al exterior, ya sea para permitir un flujo de gases, líquidos o lo que sea.

Ya que las cajas cerradas (closed box) no lo son tanto, me suena razonable tratarlas como si fueran abiertas (o semi-abiertas)

Algunos campos prometedores donde he estado estos días cotilleando por internes son el de los submarinos, el de las instalaciones de aire acondicionado, el de los supresores sonicos para armas de fuego, y sobre todo, el de silenciadores para automóviles, campo intensamente estudiado, cosa normal dado su impacto económico.

Parece ser que hay 2 o 3 tipos de técnicas que se utilizan dentro de los silenciadores de coche y afines para atenuar al máximo la rumorosidad del motor, a la vez que se permite el flujo de gases al exterior.

Me refiero, claro está, a silenciadores reactivos, que es de lo que hablo, los silenciadores meramente absortivos son los que normalmente se utilizan en los altavoces, y aunque ambos son perfectamente combinables, no vienen al caso.

Estas son:

1º Resonadores
2ª Difusores
3ª Cambios de impedancia acústica


1ª Resonadores

Eso mismo, resonadores de Helmotz sintonizados para cancelar frecuencias particularmente problemáticas, como podrían ser las propias de un recinto acústico, más aun si este es alargado y asemeja un tubo (pipe), que siempre tienden a resonar a sus frecuencias fundamentales y múltiplos.

Una bonita explicación, con dibujicos y todo, aquí:

http://auto.howstuffworks.com/muffler4.htm

Ventajas: Todas, pura conversión de energía acústica en calor residual.

Inconvenientes: solo funciona para frecuencias en concreto...dentro de un margen, como siempre, no es que anule una frecuencia exacta, mas bien será como un parametrico de Q estrecha (¿0.1-0.2?)
También está por ver el efecto que crea el resonador en la parte superior del espectro de frecuencias con respecto a la que atenúa.

Aunque limitado, por otro lado se pueden meter varios en el recinto, y así se hace en algunos silenciadores:

Imagen

Aquí vemos uno que cancela 3 frecuencias seleccionables (más o menos) enfrentándolas con respectivos pulsos contrafase.

Parece difícil llevarlo mucho más allá, pero sin embargo, en un recinto alto, tipo torre, colocar un par de resonadores en cada extremo, uno colocado a 1/3 de la altura de la torre y el otro quizá a un sexto, es muy sencillo, tanto como hacer dos estantes internos con un agujero en medio, y puede que haga un buen efecto en matar algunas de las resonancias propias de la torre...
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

2º Difusores

Aquí el truco está en “romper” la onda, bien haciéndola circular por diversos conductos ramificados, o a través de diversas aberturas.

El recurso más utilizado es el tubo perforado. Parece ser que si se hace circular la onda a través de un tubo perforado, dentro de otro, se produce una supresión del sonido.

Por supuesto, cuando digo tubo me refiero a conducto, no a algo necesariamente circular uniforme...es más, jugar con las formas trae ventajas, luego me pondré con eso

Imagen

No me preguntéis porqué, no lo tengo claro. Según el autor, hay unos que mencionan microcancelaciones de fase, otros hablan de cambios de impedancia (ver punto 3º), otros hablan de aumento de la fricción con el aire, etc

Yo particularmente intuyo que todos esos fenómenos a los que se aluden en los papeles técnicos al respecto, no son más que aspectos diferentes de la misma cosa, pero como digo, aun no he encontrado una explicación clara.

Hay incluso quien afirma recurrir a las turbulencias para cancelar ruido, o incluso para desplazarlo de frecuencia (hacia abajo, en el caso de silenciadores para deportivos)

Imagen

Eso si, con “agujeritos” también... :lol:
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Mañana lo termino, que me enrollo mucho, os dejo con un sonrisa a modo de intermedio

Imagen
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eltiotino
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Mensaje por eltiotino »

Coño parece un catalizador de coche :D ,muy buena escritura.
Saludos.
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Andreu
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Mensaje por Andreu »

Vicrod, muy interesantes tus observaciones. :D

Hace tiempo que los humitas hacen cajas con laberintos interiores y con grandes oberturas al final del su recorrido, sobre todo en los "horns" y los "full-range". Quizás tomando como partida esta filosofia y añadiendole alguna idea basada en tus observaciones o estudios de los silenciadores......igual.....pues.....damos con la caja ideal......¿nó?
:roll:
Saludos!! :D
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Sigo

3º Cambios de impedancia

Cuando en el camino de la onda sonora interponemos una zona de mayor impedancia acústica, se produce una perdida por inserción en la energía transmitida, en este caso una reducción del sonido.

Este aumento de la impedancia no puede ser muy brusco, so pena de actuar como una pared, obteniendo una onda de rebote apenas atenuada, con lo cual no ganamos nada.

La forma más sencilla de hacer esto es con una guiá de onda tal que así:

Imagen

La trasera del driver (que emite la onda que queremos atenuar) va en el extremo ancho de la trompeta, que poco a poco va disminuyendo de diámetro (mayor impedancia) hasta que bruscamente se abre otra vez al “exterior” o a una cámara de expansión (baja impedancia), una vez se acaba el cuello de la trompeta.

Se ve intuitivamente que cualquier onda que quisiera hacer el camino de vuelta desde el fondo del recinto hasta la membrana del driver, además, tendría un duro tramo intentando hacer el camino inverso, teniendo que intentar pasar de baja impedancia acústica a alta, desde la cámara de expansión hasta la boca estrecha de la trompeta.

Incluso podríamos anidar varios de estos dentro de un recinto cilíndrico, y acabaríamos obteniendo algo parecido a un silenciador de pistola, lo cual tiene cierto sentido...

Imagen

o este:

Imagen

Hay formas baratas de conseguir esta pieza, es más, ya se vende hecha, lista para recortar, en la forma de las trompetas espantosas esas que se llevan al furbol...sí, esas de plástico chillón, no os riáis, cabrones... :lol:

Al que le preocupe su endeblez, que las forre por fuera en fibra de vidrio, aunque como guiá de onda da igual la rigidez del material, está demostrado que hasta una manguera flexible trabaja bien como guiá, luego pongo unos link al respecto
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Como ejemplo de aplicación de todos estos conceptos, este es el interior de un silenciador de coche:

Imagen

En cuanto a la cuestión de hacer los recintos más rígidos, con objeto de evitar la segunda fuente de distorsión que mencionaba al principio del hilo, tampoco voy a extenderme demasiado, simplemente comentar la inherente superioridad de los recintos curvos respecto a los formados por paneles planos.

Muchas marcas, en sus modelos de alta gama, adoptan este tipo de recintos, el problema es que suelen ser caros y complicados de hacer.
Sin embargo, un tubo normal y corriente, de PVC, o polietileno, incluso ABS o aluminio, es fácil de conseguir, y es una solución superior en cuanto a rigidez estructural y falta de modos resonantes de sus paneles, al no tener...
El único inconveniente es que cualquier tubo resuena, pero si podemos encargarnos de ese problema con un resonador en un extremo, lo demás son todo ventajas

Para el que le moleste el look “Pluto”, siempre está la opción de meter el recinto cilíndrico dentro de una caja, para darle un aspecto mas convencional a “torre”
Algunos dicen (en DIYaudio, p.ej) que haciendo eso se eliminan las ventajas que daba el tener un recinto cilíndrico, que al meterlo en una “caja” tradicional reaparecen los problemas de paneles vibrantes, pero la verdad, me suena a chorrada, no veo como poner una caja exterior extra, con su correspondiente material absorbente, puede hacer otra coas que atenuar más aun el sonido

En este enlace podéis ver que las posibilidades son sugerentes, mirad la variedad de tubos, Ts, Xs, codos y demás y no me jodáis que no le surgen posibilidades a la imaginación...:

http://www.cepex.com/download/catalogue ... C%20v1.pdf
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

¿Como se puede aplicar todo esto a la construcción de recintos acústicos?

Buff, me limito a poner un ejemplo de los que se me ocurren, perdonad la cutreza del dibujo, acabo de chapurrearlo en el Painet:

Imagen
Imagen

Aquí hay de todo un poco, un difusor (el tubo perforado), un resonador (la cámara superior, a 1/3 de la longitud total), una guiá de onda para jugar con la impedancia acústica (el cono parabólico rojo, en este caso relleno de material absorbente, comprime la onda contra las paredes del rulo perforado...¿servirá un carajo? :lol: ), un recinto en forma de T, con todas sus paredes curvadas menos la tapa y el fondo, inherentemente rígido..

Os dejo a vosotros el resto, aquí van unos pocos links para cotillear y profundizar:

http://eprints.iisc.ernet.in/1270/1/hyb ... ppacou.pdf

http://eprints.iisc.ernet.in/1464/1/fully.pdf

http://eprints.iisc.ernet.in/3480/1/A103.pdf
(el tal Munjal, si no es el tío que más sabe del mundo de estas cosas a nivel teórico por lo menos, le falta poco...)

Y si alguien está por la labor de pagar, el más actual:

http://www.sciencedirect.com/science?_o ... 254c31a264

Y aquí hay un mundo para bucear, mola un guevo, para ver los PDF detallados hay que registrarse, lo recomiendo, es instantáneo y sin mierdas extra:

http://www.patentstorm.us/class/181/249 ... ber/1.html

o también: http://www.patentstorm.us/class/181/206 ... nce/1.html

Incluso en otras ramas del directorio, es un sitio fascinante para picotear, aunque también hay mogollón sin interés
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Para terminar, una duda:

¿Servirá todo esto para algo? ¿Marcara una miaja de diferencia meter ninguno de estos cacharritos dentro de un altavoz? ¿O es todo una paja mental?

A mi no me mire, oiga...pero por lo menos, la idea de pensar en el altavoz más como un silenciador que como una caja fuerte, ahí queda...

Y pa desengrasar:

Imagen

(No me diréis que si no llega a ser por la expresión del tío, no resultaría inquietantemente erótica la foto... :lol: )
Última edición por vicrod el Lun 05 Ene 2009 , 2:31, editado 1 vez en total.
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

Andreu escribió:......igual.....pues.....damos con la caja ideal......¿nó?
:roll:
Saludos!! :D
De eso se trata...o por lo menos, de pasarselo bien intentandolo, que coño... :wink:

un saludo
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CIBERPROTON
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Mensaje por CIBERPROTON »

Muy buena aportación seguiremos tus "divagaciones" ;)
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fjvr
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Mensaje por fjvr »

Estupendo estudio.

A ver si hay alguien que se anima a intentarlo.

Saludos,
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zinerman
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Mensaje por zinerman »

Interesante manera de acabar tus "divagacones" :wink:

Seguiremos la evolución de las mismas.
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JASP
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Mensaje por JASP »

Bien pensado.
A veces nos obcecamos en solucionar problemas que son más fáciles de atajar pero que no están entre las causas principales.
Tratas un problema desde donde se debe, desde la raiz. Lastima de que lo propuesto no vale para reflex.
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

me alegro de que os parezca curioso... :)

otra idea esbozada:

Imagen

Las trompetas, obviamente, son huecas, y ajustan (selladas) por su parte superior al diametro interno del tubo

Habria que currarse unas piezas de madera, o lo que sea, tipo rueda de carreta, que sostengan los 3 extremos inferiores de las 3 trompetas, para que no vibren demasiado, y por aumentar la rigidez del conjunto
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vicrod
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Mensaje por vicrod »

JASP escribió: Lastima de que lo propuesto no vale para reflex.
Sí, es una lastima, aunque...quizá parte de ello sí sea aplicable, sigo mirando cosas por ahi, y dándole vueltas...ya os contaré, si encuentro algo interesante al respecto...y si me entero de algo :lol: , que el camino parece pasar por la dinamica de fluidos, y está bastante por encima de mi nivel :?
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JASP
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Mensaje por JASP »

Es cierto que algo se le puede aplicar al reflex pero es probable que cree algunos desajustes en el sistema.
Yo había pensado (o lo habré soñado jeje) en algún tipo de guia de ondas interior, colocado en la cola del driver, que permita desviar la primera onda del driver pero que al volver la relflexión pudiera o anular la onda o reducir su energía.
Al final se quedó todo en pedrada como dice un amigo.
Seguire con atención esas investigaciones que estás haciendo.

Un saludo.
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fjvr
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Mensaje por fjvr »

Hola Vicrod,

en los esbozos que has puesto, uno va con la 'bocina' hacia un lado y en el otro van justo al contrario.


A mí me parece más lógico tal y como aparecen en el último (post del Lun 05 Ene 2009 , 22:23 ), ya que según me pareció leerte, el motivo es que el sonido encuentre dificultades para volver hacia el driver.
No sé si es a causa de ser diseños distintos y, en el primero de los casos sólo una parte del aire desplazado se iría por la bocina y la otra por las perforaciones.


Saludos,
Fran
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Rubycon
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Mensaje por Rubycon »

Y yo me pregunto, ¿Por qué complicarse con esos recintos cerrados, muy interesantes sin duda, pero que necesitan ser analizados y probados en lo relativo a las vibraciones y distorsiones, cuando un dipolo soluciona los problemas?
Es la forma mas simple de atacar la distorsión de la onda trasera sobre el cono.
Saludos
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