Diseño de altavoz con radiador pasivo

Aunque los altavoces que utilizan un radiador pasivo son bastante comunes en el mercado actual, hay muchos conceptos erróneos sobre cómo funciona un radiador pasivo para producir graves. La mayoría de ellas están incompletas o son totalmente erróneas.

En este artículo, te explicaremos todo lo que necesitas saber sobre los radiadores pasivos, incluido cómo funcionan, su coste, sus pros y sus contras, así como las diferencias entre ellos y los puertos estándar.

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¿Qué es un radiador pasivo?

Es innegable que los radiadores pasivos y los puertos funcionan según los mismos principios. Por tanto, la respuesta de un sistema de radiador pasivo es relativamente similar a la de un sistema con puerto que utilice el mismo transductor.

A diferencia de los sistemas ventilados que utilizan puertos estándar, que suelen estar hechos de tubos de plástico baratos, los recintos acústicos que utilizan un radiador pasivo están equipados con un “altavoz activo” (o transductor principal) y un radiador pasivo (también conocido como “cono de zumbador”) para ampliar la respuesta de baja frecuencia del sistema. Esto añade mucho más al coste del sistema que un puerto estándar.

El altavoz activo es un transductor normal, y el radiador pasivo no es más que un diafragma plano montado mediante suspensión flexible en un bastidor.

El radiador pasivo, aunque a primera vista pueda parecer un transductor normal, no tiene partes de motor. Es decir, no incluye bobina, imán ni fuente de alimentación. Del mismo modo, no estará conectado eléctricamente a un circuito eléctrico ni a un amplificador de potencia.

Por lo general, el radiador pasivo debe ser al menos dos veces mayor que el driver principal de la caja.

Los radiadores pasivos se utilizan en una gran variedad de sistemas de altavoces, incluidos, entre otros, altavoces Bluetooth portátiles, altavoces estéreo domésticos, recintos de subgraves y sistemas de altavoces de audio para coches, sobre todo en casos en los que es difícil o imposible utilizar una rejilla de ventilación.

Además, los radiadores pasivos son una forma eficaz de obtener una gran cantidad de potencia extra de un altavoz.
sistema de sonido sin una tonelada de potencia y siendo bastante pequeños.

Esta es la razón por la que son tan comunes en altavoces portátiles y sistemas de altavoces controlados por ordenador.

P.D: Hay que tener en cuenta que cuando se utiliza un radiador pasivo en lugar de un puerto normal, se sigue obteniendo la misma respuesta (más o menos) que con un recinto ventilado. El comportamiento acústico tanto de un radiador pasivo como de un puerto es bastante similar, aunque en la práctica hay algunas diferencias.

¿Cómo funciona un radiador pasivo?

Un radiador pasivo acoplado a un excitador activo funcionan juntos según la principio del resonador de Helmholtz.

En pocas palabras, un radiador pasivo aprovecha la presión de aire interna generada por el transductor activo. Este método sutil e inteligente permite que el altavoz ofrezca un sonido sorprendentemente bueno y un rendimiento de graves sólido a partir de un recinto que ocupa relativamente poco espacio.

La forma en que funciona es sellando todo el recinto, de modo que todas (o una gran parte de) las vibraciones generadas por el transductor activo queden atrapadas en el recinto y se vean obligadas a moverse a través del diafragma del transductor pasivo. Como la presión del aire dentro del recinto no puede escapar en otra dirección que no sea a través del transductor pasivo, se simula eficazmente el efecto de un woofer grande y potente.

¿Cómo sintonizar un radiador pasivo?

Un radiador pasivo, como un puerto, debe ajustarse correctamente para que funcione con un transductor y un recinto concretos. No puedes poner a ciegas un radiador pasivo en un recinto y esperar que funcione. Es muy poco probable que obtengas buenos resultados.

Si no adaptas correctamente un radiador pasivo a tu recinto y al transductor activo, obtendrás graves planos o retumbantes, graves que suenan turbios o graves que parecen zumbar en una sola frecuencia, independientemente de la nota que se esté tocando.

La frecuencia de resonancia del radiador pasivo viene determinada por su masa y la elasticidad (conformidad) del aire del recinto.

Los radiadores pasivos se sintonizan para alcanzar la frecuencia de sintonía deseada aplicando masa al diafragma (por ejemplo, añadiendo peso en forma de arandelas/discos a un perno situado detrás del cono). De este modo, puedes sintonizar fácilmente tu caja para alcanzar los 20 Hz sin necesidad de un recinto muy grande y puertos más largos.

Puedes considerar el peso de un radiador pasivo como el equivalente a la longitud de un puerto en un recinto con puertos.

Cuando se trata de sintonizar una caja con puertos, cuanto más largo sea el puerto, menor será la sintonización. Del mismo modo, cuando se trata de radiadores pasivos, cuanto más peso añadas al cono del radiador pasivo, menor será la frecuencia de sintonización y viceversa.

Para sintonizar un radiador pasivo, tendrás que introducir el volumen de la caja y los parámetros Thiele/Small del radiador pasivo en un software de modelado como WinISD o BassBox Pro. El software te ayudará a ajustar tanto el tamaño de la caja como la masa añadida para obtener la respuesta que pretendes. Por supuesto, esto es suponiendo que el tamaño neto de tu caja sea realmente el que has introducido en el programa.

P.D.: Para que el tamaño neto de la caja sea correcto, tendrás que asegurarte de restar el espacio ocupado por cualquier cosa que no sea aire (es decir, el transductor principal, el radiador pasivo, cualquier refuerzo o soporte de la caja, relleno de polyfill, etc.).

Otra forma fácil de afinar un radiador pasivo es observar la excursión del cono de tu transductor principal mientras reproduces tonos de prueba sinusoidales. A la frecuencia de sintonización, la excursión del cono de tu transductor principal apenas se moverá y parecerá que se ha detenido casi por completo. A partir de ahí, puedes ir añadiendo peso gradualmente hasta que consigas la frecuencia de sintonización deseada.

¿Cuándo debo utilizar un radiador pasivo?

Hay muchas razones diferentes para utilizar un radiador pasivo en lugar de uno con puertos, y viceversa. Pero, en la mayoría de los casos, optarás por un radiador pasivo cuando quieras tener la potencia extra de un sistema con puertos, pero no te quepa un puerto adecuado en el recinto.

Como ya se ha dicho, el ajuste de un radiador pasivo se hace variando la cantidad de masa de su diafragma, mientras que el ajuste de un puerto se hace cambiando su longitud. A menudo, si quieres bajar la frecuencia de sintonización de un recinto pequeño, no cabrá un puerto adecuado. Esto significa que tendrás que sacrificar la presión sonora y el ruido del puerto si eliges un puerto de menor diámetro, o sacrificar la calidad sonora y el refuerzo de graves si eliges un puerto de mayor afinación.

Digamos, por ejemplo, que tienes un subwoofer de 15 pulgadas en una caja sintonizada a 20 Hz con un par de radiadores pasivos de 18 pulgadas. Si quisieras conseguir la misma sintonización con un puerto, su diámetro tendría que ser de al menos 6″, y su longitud de casi 60″. Y lo peor es que seguirías teniendo un montón de problemas con el ruido del puerto.

Cuando los radiadores pasivos son mejores que los puertos

No se puede negar que los radiadores pasivos añaden mucho más al coste de un sistema que un puerto estándar. Entonces, ¿merece la pena? Averigüémoslo…

Hay algunas cosas importantes que debes tener en cuenta cuando diseñes y construyas un sistema de altavoces con puerto.

En primer lugar, tienes que asegurarte de que la velocidad del aire de ventilación sea lo bastante baja como para evitar las turbulencias. La regla empírica generalmente aceptada para evitar las turbulencias de aire es diseñar para una velocidad máxima del 5% de la velocidad del sonido, lo que equivale a unos 17 metros por segundo (~56 pies/seg).

En segundo lugar, un sistema con puertos se sintoniza mediante una combinación del volumen del recinto y el volumen de aire (o el área de la sección transversal del puerto por la longitud) desplazado por el puerto.

Haz el puerto grande y tendrás que hacerlo más largo para conseguir la misma sintonización. Haz el recinto más pequeño y la longitud del puerto tendrá que hacerse más larga. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de reducir la velocidad del aire del puerto. Un puerto más grande significa menos ruido de puerto y turbulencias, pero eso también significa un puerto más largo para el mismo tamaño de caja. Todo es cuestión de compromisos. Así que elige tu compromiso.

Para demostrar cómo funciona, utilizaremos un subwoofer Jl Audio 12w7ae de 12 pulgadas. Pero ten en cuenta que este problema no es exclusivo de este subwoofer en concreto. De hecho, es bastante común con todos los transductores de gran desplazamiento.

El Jl Audio 12w7ae señala esto muy bien porque tiene la friolera de 29 mm (1,15 pulg.) de Xmax y puede alcanzar notas graves ultrabajas en una caja bastante pequeña.

Este subwoofer queda muy bien en una caja neta de 49 litros (1,75 pies cúbicos) sintonizada a 22 Hz.

Un puerto de 3 pulgadas de diámetro en esta caja requiere una longitud de 20,20″, lo que parece bastante manejable. Sin embargo, el dilema es que la velocidad del aire supera con creces el límite del 5% (17,3 m/s) con sólo 40 vatios. Mientras tanto, sólo estamos utilizando 12 mm de excursión del subwoofer, por lo que estamos muy lejos de aprovechar al máximo su potencial.

Si haces el puerto de 4 pulgadas de ancho, su longitud tendrá que ser de unas 36,89″ para mantener la misma sintonía. Esto es bastante grande, pero todavía factible. No obstante, el puerto de 4″ sigue sin mantener la velocidad del aire lo suficientemente baja. Es decir, la velocidad máxima del aire de ventilación (17,3 m/s) se supera fácilmente con 120 vatios, mientras que el transductor sólo alcanza unos 22 mm de excursión.

Entonces, ¿qué tamaño de puerto necesitas para utilizar el subwoofer Jl Audio 12w7ae en todo su potencial?

Bueno, si quisieras llevar este subwoofer a su máximo potencial de 1.000 vatios RMS, necesitarías un puerto de 7″ pulgadas para no superar la regla de los 17,3 m/s. El inconveniente, sin embargo, es que no sólo es increíblemente poco práctico meterlo en una caja tan pequeña, sino que introduciría resonancias en todo el rango de funcionamiento del subwoofer.

Además, el puerto por sí solo ocuparía hasta 80 litros de volumen, por lo que tu caja pequeña ahora tendría que tener más de 125 litros antes del puerto, lo que significa que la caja pequeña ya no es tan pequeña.

En resumen, utilizar un puerto para sintonizar una caja pequeña lo suficientemente baja y evitar al mismo tiempo el ruido del puerto (en forma de chuffing y turbulencias) puede ser todo un reto. Aquí es donde entran en juego los radiadores pasivos.

¿Cuáles son las ventajas de los radiadores pasivos?

Los radiadores pasivos, por su naturaleza, tienen muchas cosas a su favor para el uso en cajas pequeñas.

En primer lugar, y lo más importante, la ausencia de ruido de puerto es una de las mayores ventajas de los radiadores pasivos.

Es cierto que los radiadores pasivos tienen un límite de excursión en su suspensión que hay que tener en cuenta, pero no comprimirán la salida hasta que se alcance el límite de recorrido de su suspensión, y nunca chirriarán como un puerto.

En segundo lugar, los radiadores pasivos ocupan muy poco espacio en tu caja. Y aplicando la masa móvil adecuada, la frecuencia de sintonización puede ajustarse fácilmente para profundizar hasta los 20 Hz sin necesidad de recintos muy grandes ni puertos largos. Esto te permitirá mantener el tamaño reducido que la mayoría de la gente suele desear.

En tercer lugar, los radiadores pasivos son mucho más fáciles de implementar que un puerto cuando la frecuencia de sintonización es muy baja.

Cuarto, los radiadores pasivos no tienen resonancias de tubo como un puerto, así que nunca tendrás resonancias audibles en tu banda de funcionamiento.

¿Son mejores los radiadores pasivos que los puertos?

Bueno, tanto los radiadores pasivos como los puertos son opciones populares en la industria. No vamos a intentar convencerte de que uno es mejor que el otro, ya que cada uno tiene sus pros y sus contras, lo que significa que se adaptan a necesidades diferentes. Así que es importante sopesar los pros y los contras para decidir cuál es el adecuado para tu recinto.

Tanto si optas por un radiador pasivo como por un puerto, ten en cuenta que si te decides por una caja más pequeña, la longitud del puerto será demasiado larga para que quepa como una pieza recta dentro del recinto, o acabarás con un sistema de subwoofer muy afinado.

Lo mismo ocurre con un radiador pasivo. Es decir, si utilizas un recinto realmente pequeño, acabarás necesitando demasiado peso para evitar que se sintonice realmente alto. Y al utilizar demasiado peso en el radiador pasivo, básicamente estás convirtiendo tu caja en una sellada.

¿Importa el tamaño del radiador pasivo?

Los radiadores pasivos son muy sensibles a la superficie de su conjunto móvil. Por eso necesitas que el área del cono del radiador pasivo sea mayor que la del transductor activo.

En general, cuanto mayor sea el radiador pasivo, mejor. Sin embargo, no debe ser demasiado grande hasta el punto de que no sea conveniente para la caja, o que su masa en movimiento sea demasiado grande para ser utilizada con fiabilidad.

Como ya se ha dicho, cuanto mayor sea el radiador pasivo, más masa necesitarás para sintonizarlo a la misma frecuencia que un radiador pasivo más pequeño.

Un radiador pasivo con un área de cono grande tiene varias ventajas, como evitar la sobreexcursión del radiador pasivo, disminuir el efecto del Vas del radiador pasivo sobre el recinto, aumentar el Qms del radiador pasivo hasta acercarlo al de un puerto, reducir esa “muesca” en la respuesta en frecuencia del radiador pasivo, y lo mejor de todo es que permite más salida antes de que el PR alcance sus límites de suspensión.

Para una buena configuración de funcionamiento, se recomienda que un radiador pasivo tenga al menos el doble de desplazamiento de volumen (Vd) que el transductor activo.

P.D: El desplazamiento de volumen (Vd) es básicamente la superficie efectiva del transductor (Sd) multiplicada por el recorrido lineal máximo Xmax. Vd = Sd x Xmax.

Por ejemplo, si tu driver principal desplaza 2L a Xmax, necesitarás utilizar un radiador pasivo o un par de radiadores pasivos que puedan desplazar 4-8L para evitar quedarte sin excursión a bajas frecuencias.

¿Puedo utilizar varios radiadores pasivos en una caja?

Por supuesto. Puedes utilizar varios radiadores pasivos en la misma caja para aumentar el área pasiva hasta el límite. Sin embargo, tendrás que asegurarte de que los F de cada uno estén lo más cerca posible.

Además, si utilizas dos radiadores pasivos, tendrás que montarlos en lados opuestos de la caja para que las fuerzas de inercia se anulen y eviten que la caja tiemble.

Hay que tener en cuenta que si duplicas la superficie del radiador pasivo manteniendo todo lo demás igual, tendrás que aumentar 4 veces la Mms total de los radiadores pasivos (la masa total del cono, la bobina y otras piezas móviles de los subwoofers) para mantener la misma frecuencia de sintonización.

Es decir, ahora ambos radiadores pasivos deben tener el doble de Mms que la unidad única original. Esto equivale esencialmente a que un puerto de mayor diámetro necesite más longitud para mantener la misma frecuencia que un puerto de menor diámetro.

¿Dan más salida los radiadores pasivos que un puerto?

Pues depende. En teoría, un puerto de 8″ es mejor que un radiador pasivo de 8″, ya que el puerto no tiene un Vas ni un Qms significativos. Sin embargo, los radiadores pasivos ofrecen algunas ventajas excepcionales que ningún puerto puede conseguir.

Piénsalo: un puerto equivalente al radiador pasivo más grande no puede utilizarse normalmente a menos que el recinto fuera más grande que un contenedor de transporte.

Por ejemplo, un puerto equivalente a una caja de radiador pasivo doble de 15″ pulgadas tendría más de 18″ de diámetro y la friolera de 46 pies de largo. Aquí es donde entra en juego un radiador pasivo. En situaciones en las que utilizar un puerto es difícil o imposible.

Si se pudiera hacer funcionar de algún modo, el ejemplo del puerto de 18″ tendría un rendimiento escandaloso comparado con una caja de radiador pasivo doble de 15″ pulgadas. Sin embargo, ese tamaño de puerto no es factible, mientras que el radiador pasivo sí lo es.

¿Cuál es el sonido de una caja radiadora pasiva?

En términos generales, una caja sellada es más precisa y suena mejor, mientras que una caja con puerto es más ruidosa pero no tan precisa.

Aunque esto es totalmente subjetivo, creemos que un diseño de radiador pasivo consigue un equilibrio perfecto entre los dos diseños de caja de subwoofer y ofrece lo mejor de ambos mundos.

Cuando se hace correctamente, una caja con radiador pasivo puede ofrecer unos graves tan ajustados como los de una caja sellada, con los increíbles niveles de salida de una con puerto.

Como ya sabrás, el retardo de grupo de los radiadores pasivos es menor por encima de su frecuencia de sintonización. Sin embargo, en la frecuencia de sintonización, el retardo de grupo está por las nubes.

Por tanto, cuando un sistema de radiadores pasivos se sintoniza muy bajo, el aumento del retardo de grupo evidente en la sintonización se desplaza a una frecuencia más baja. Así ya no afecta al sonido.

Por ejemplo, si tienes un recinto sintonizado a 20 Hz, su retardo de grupo por encima de 35 Hz más o menos sería igual al del mismo woofer montado en un recinto sellado. Por debajo de esta frecuencia, el retardo de grupo no causa ningún efecto audible grave. Esto significa de nuevo que la caja del radiador pasivo puede sonar tan “hermética” como una sellada, pero con la salida extra de bajas frecuencias.

Radiador Pasivo Vs Puerto – ¿Cuál es mejor?

Los detalles técnicos pueden resultar confusos, y lo cierto es que lo único que quieres saber es ” ¿Por qué decantarse: por un radiador pasivo o por un puerto estándar?”. Bueno, en primer lugar, tienes que analizar las diferencias entre ellos para determinar cuál satisface tus necesidades.

Si eres un audiófilo experimentado al que no le importa desembolsar algo más de dinero para disfrutar de sonidos profundos y ricos, entonces lo que necesitas es un radiador pasivo. No sólo te proporcionará unos graves tan potentes como los de una caja sellada con los increíbles niveles de salida de una caja con puertos, sino que te evitará la molestia de tener que lidiar con el ruido de los puertos y las turbulencias de aire, al tiempo que te permite mantener el tamaño reducido de la caja que la mayoría de la gente suele desear.

Por otra parte, si tienes un presupuesto ajustado y no te importa hacer un esfuerzo adicional para librarte del ruido de los puertos, y tener una caja relativamente más grande, el a port es para ti.

Ventajas de un diseño de radiador pasivo

• Se puede conseguir una baja sintonización en una caja pequeña
• Sin resonancia de tubo
• No hay ruido de puerto ni turbulencias de aire
• No se desperdicia volumen en el puerto
• Más fácil de implementar que un puerto
• Los radiadores pasivos funcionan muy bien en sistemas portátiles

Desventajas del diseño de un radiador pasivo

• Coste inicial: un radiador pasivo es más caro que un puerto
• La respuesta transitoria por debajo del punto de sintonización es peor que la de una caja con puerto
• Requiere un recinto bien construido para evitar sacudidas
• Una atenuación más rápida puede requerir un filtro de paso alto sin el que un sistema con puerto equivalente podría arreglárselas.