Un altoparlante en funcionamiento genera calor, esto no solo compromete la integridad física del mismo, también trae efectos adversos en el desempeño de un gabinete. A continuación se exponen algunas de las consecuencias causadas por el cambio de temperatura.
El altoparlante de bobina móvil es un transductor de muy bajo rendimiento, generalmente con un máximo cercano al 5%, o en el caso de un driver de compresión pueden llegar a un 40%. Por ejemplo una sensibilidad de 92 dB/W/m implica un rendimiento aproximado del 1%. Esto quiere decir que del 100% de energía eléctrica aplicada 1% se convierte en energía acústica y el restante 99% se transforma en calor, donde la mayor fuente de calor va a ser la bobina móvil.
Figura 1: Bobina móvil quemada.
La circulación de corriente genera un flujo de electrones que al colisionar aumentan la temperatura del alambre, aumentando su agitación térmica y, en consecuencia, su resistividad. El calor generado en un conductor es proporcional a la resistencia que este opone al paso de la corriente, tal como se expresa en la ecuación 1:
R = Ro * (1 + α*ΔT) (1)
Donde Ro es la resistencia a temperatura inicial, α el coeficiente de temperatura (dependiente de cada material), y ΔT la diferencia de temperatura.
Un incremento en la resistencia eléctrica provoca un efecto conocido como compresión térmica (o compresión de potencia): la sensibilidad del altoparlante se reduce, traduciéndose en menor SPL. Los valores de compresión pueden llegar a extremos de exceder los 6 dB, con lo cual un aumento de 20dB eléctricos resulta en un incremento de solo 12 dB SPL. Especialmente peligroso sería intentar compensar la compresión aumentando más el nivel de señal eléctrica, dado que se estaría realimentando el problema, generando aún más calor y compresión. En un sistema multivía este efecto puede causar un desequilibrio tonal, dado que no todos los componentes van a presentar la misma compresión.
Figura 2 – Simulación del aumento de temperatura. Impedancia y respuesta.
En negro: Parlante a 20º. En rojo: Parlante a 200º.
Con el aumento de la resistencia del altoparlante también se ven afectados los parámetros Thiele-Small, en particular se modifica el Qes (factor de amortiguamiento electro-mecánico), del cual depende directamente el Qts, parámetro importante en la alineación de un gabinete. La alineación se verá aún más afectada cuando el aire dentro del gabinete eleve su temperatura, de la cual dependen valores como la velocidad del sonido y la densidad del aire.
La curva de impedancia también se verá modificada afectando directamente la respuesta en frecuencia e indirectamente el comportamiento de los filtros pasivos. Los crossovers se diseñan para un valor de impedancia, cuando este cambia, cambia la frecuencia de corte también. Además, en un gabinete con diferentes componentes, la compresión va a ser diferente para cada uno de ellos, afectando el balance tonal.
Luego de determinado tiempo, toda la estructura del parlante tomará temperatura, modificando no sólo las características de las suspensiones, si no que también poniendo en riesgo la integridad física del altoparlante, comprometiendo los pegamentos y el motor magnético. Las piezas de metal se expanden y es posible que la bobina roce con el entrehierro, incluso es posible la combustión del diafragma.
Es por esto que la potencia máxima aplicable a un altoparlante queda determinada por sus características térmicas y en el caso de frecuencias bajas donde hay grandes excursiones, por sus características mecánicas.
Eduardo Sacerdoti
Investigación & Desarrollo – Equaphon