Instituto Superior Tecnológico Privado “Orson Welles” Setiembre 2015, PerúIngeniería de Sonido Unidad didáctica: Parlantes y amplificadores I

PHASE PLUG

EDGAR CAPULIÁN CANDELA1

1Estudiante de Ingeniería de Sonido, Instituto Superior Privado Orson Welles,Av. Salaverry 3641, San Isidro, Lima, Perú.

ing.capulian@gmail.com

Resumen – En este documento se describe sobre una pieza que algunos altavoces poseen: el tapón de fase. Se hablara sobre su función, sus clasificaciones según ciertos criterios, los diseños más comunes encontrados en el mercado, las ventajas y desventajas que estos pueden traer cuando son implementados.

Abstract – This paper describes about a piece that some speakers have: phase plug. He spoke about their role, their classifications according to certain criteria, the most common designs found on the market, the advantages and disadvantages they may bring when they are implemented.

1. INTRODUCCIÓN

Poca gente sabe el motivo por lo que a veces un altavoz puede lucir muy complicado y a veces se ven de manera muy simple. Para una persona que no conoce mucho del tema, le puede parecer, que la diferencia de aspectos entre ellos no necesariamente crea diferencia notoria en la calidad del sonido que emiten. Pero en algunos casos, los elementos que crean la diferencia sonora se encuentran a simple vista, siendo obviados por el observador por no ser tan llamativos. A veces las diferencias en las apariencias sí son un indicio en la diferencia de la calidad de un altavoz. Uno de los elementos que podemos encontrar a simple vista en muchos altavoces y que sí afectan el sonido de manera positiva es el tapón de fase.

El objetivo de este trabajo es examinar algunos de los principios detrás de la operación de los tapones de fase, comenzando con el diafragma en el interior del motor de compresión. Vamos a discutir el comportamiento de diafragma, ya que influye en el diseño del tapón de fase, y luego seguimos la progresión de la vía de sonido a través del tapón de fase a la garganta del altavoz. Por último, vamos a discutir brevemente cómo el comportamiento de las ondas a través del corrector de fase puede causar problemas posteriores ya que este pequeño artefacto puede crear diferencias notorias en el sonido de un altavoz, si está bien implementado en el sistema.

2. CONCEPTOS BÁSICOS

2.1 Tapón de Fase

Un tapón de fase, corrector de fase o “phase plug” es un dispositivo, que sirve de interfaz entre el diafragma de un altavoz y el público oyente. Su función es evitar las cancelaciones de ondas en frecuencias con longitud de onda pequeña en relación al tamaño del diafragma.

Un altavoz real no funciona como una fuente puntual, dependiendo de la frecuencia, el altavoz puede crear varios frentes de onda de la misma frecuencia en diferentes posiciones del cono, lo cual crea cancelaciones dentro del cono y sombras acústicas. Este tipo de fenómeno se puede reducir, colocando un tapón de fase en el centro del cono, que redirige las distintas ondas de tal manera que salen como un solo frente de onda coherente del altavoz. Este tipo de solución puede mejorar para frecuencias agudas la respuesta en frecuencias de un altavoz de manera significativa.

Los Tapones de fase tienen muchas complejidades y son sujetos a investigaciones en curso en audio profesional. La transición de sonido desde el diafragma a través del tapón de fase y en la garganta de la bocina en gran medida influye en el sonido que llega al oyente. Todas las idiosincrasias dentro del driver de compresión se magnifican aún más por el brote del altavoz, haciendo el diseño una de las tareas más exigentes en audio profesional.

En última instancia, el propósito principal de la corrector de fase es reducir el área abierta del diafragma del conductor se irradia hacia la transición y luego poco a poco esa área es más pequeña de la sección transversal de la boca. La disminución en el área de radiación aumenta la presión local y crea una mejor adaptación de la impedancia acústica, que a su vez aumenta la producción. El aumento de la producción fue la consideración central en los primeros días de altavoces.

Los drivers modernos ahora están menos preocupados con lo mucho que el corrector de fase puede aumentar la eficiencia y más con la mejora de la compresión de la extensión del conductor y suavidad de respuesta. También tienen que ver con la forma de onda que entra en la garganta de la bocina del altavoz, especialmente las guías de onda son utilizadas para sistemas line array, hacer suposiciones

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importantes acerca de la naturaleza de las ondas que ellos entran.

Las diferencias de longitud que van camino al tapón de fase influirán en la curvatura de la onda en la boca del altavoz. Hay anomalías modales de la membrana que se transmiten a través del corrector de fase también influirán en el frente de onda a medida que entra la bocina. Esto puede resultar en cambios en el ángulo de cobertura, o a las variaciones en la intensidad del sonido a través del frente de onda en el asta. Además, las reflexiones errantes en el corrector de fase pueden rebotar su camino por la bocina.

Si estamos tratando de "aplanar" el frente de onda medida que se expande, es importante conocer la naturaleza de la curvatura de la onda entrante. Aquí el corrector de fase también juega un papel importante. Si una guía de onda de arreglo lineal asume una onda plana que entra desde el controlador de compresión, pero corrector de fase del conductor está curvando el frente de onda, se verá comprometido el rendimiento muy alto frecuencia de la guía de onda. Diferentes drivers de compresión pueden realizar con gran variabilidad en la misma guía de ondas o cuerno, dependiendo de la forma del frente de onda que emiten.

Figura 1: Comparación del funcionamiento de un altavoz con tapón de fase y sin tapón de fase.

3. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU USO

Los tapones de fase se pueden clasificar de varias formas. La más relevante es según el tipo de altavoz al que afectan.

3.1. Para parlantes de compresión

Estos son los más utilizados. Los parlantes de compresión son normalmente usados para reproducir las frecuencias altas del espectro, debido a su tamaño. Por eso suelen necesitar tapones de fase para ampliar su respuesta en frecuencias altas, teniendo así un sonido rico en agudos.

Estos parlantes son de radiación indirecta, por lo que utilizan una bocina como adaptador de impedancia acústica. El cuello de una bocina puede tener un impacto significativo en la eficiencia de la bocina reproduciendo frecuencias altas. Como se puede apreciar en la imagen, el sonido necesita recorrer más distancia desde el punto B del diafragma hasta el cuello de la bocina que desde el punto A. Dependiendo de la distancia, esto creará cancelaciones y atenuaciones en algunas frecuencias.

Figura 2: Altavoz y bocina sin tapón de fase

Un tapón de fase resolvería este problema distribuyendo el área libre del cuello sobre el área del diafragma e igualando y acortando así las distancias a recorrer del sonido. Esto evita cancelaciones para frecuencias altas aumentando el rango de frecuencias que el altavoz podrá reproducir.

Figura 3: Altavoz y bocina con tapón de fase

3.2 Para “Woofers”

Los tapones de fase solo se utilizan en estos casos, cuando la tarea del altavoz es reproducir un rango más amplio de frecuencias y normalmente cuando se utilizará una bocina. Estos dispositivos solo funcionan en frecuencias altas, por lo que no se utilizan en altavoces para frecuencias medias o graves (cuando la longitud de onda de los sonidos a reproducir es mucho más grande que el diafragma del altavoz). Por ejemplo cuando se reproduce un sonido de una frecuencia que tiene una longitud de onda del doble del tamaño del diafragma, la energía de la onda viajando literalmente de un extremo a otro del diafragma llegaría al otro extremo con la polaridad invertida, lo cual crearía una cancelación en dicha frecuencia. Al colocar un tapón de fase reemplazando o encima del tapa polvo, dichas ondas se reflejarían en la superficie dura del tapón, desviándose hacia el público.

Figura 4: Woofer con tapón de fase

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4. DISEÑOS

Existen muchos diseños diferentes de tapones de fase, pero dos tipos han evolucionado para ser utilizados en los tipos de diafragmas más comunes: Tapones de fase para diafragmas tipo domo y tapones de pase para diafragmas de tipo anillo.

4.1 Diseños con rendijas radiales

El diseño radial es más fácil de producir, pero no diferencia entre las ondas de sonido desde el perímetro del diafragma y de sonido de las ondas el centro. A altas frecuencias, el diafragma no actúa como un tapón perfecto; en cambio, muestra propiedades de ondulación, relacionados con su rigidez y densidad. Debido a la velocidad de propagación de la onda a través del material del diafragma, el centro de la diafragma se mueve un poco más tarde que el perímetro. Las ranuras radiales del corrector de fase no corrigen esta diferencia, que afecta a las frecuencias más altas.

Este tipo de diseño es utilizado en parlantes de compresión y consiste en un tapón con surcos o rendijas que van desde el punto medio del tapón hacia los extremos

Figura 5: Diseño con rendijas radiales

4.2 Diseños con rendijas concéntricas

Los diseños con ranuras circulares concéntricas pueden ser capaces de corregir el comportamiento de ondulación de la membrana pero el posicionamiento de las ranuras es crítico. Las ranuras circulares pueden permitir que las resonancias se acumulen entre el diafragma y el tapón de fase, las resonancias causan cancelaciones de onda y una reducción correspondiente en la respuesta de frecuencia a la frecuencia de resonancia. Los diseños con rendijas concéntricas son también muy utilizados en parlantes de compresión. Consisten en varios círculos concéntricos con espacios entre ellos por donde puede pasar el sonido.

Figura 6: Diseño con rendijas concéntricas

Los diseñadores expertos han tomado decisiones para utilizar ambos tipos de tapones de fase, así como los cambios en el número, el espaciamiento, la forma y la ruta de las ranuras que conducen desde el diafragma hasta la desembocadura motor de compresión. Los trabajos se presentan comúnmente en las conferencias de AES2 que investigan ajustes de rendimiento en el diseño del corrector de fase. En un mundo perfecto, donde los diafragmas son infinitamente rígidos y ligeros. Pero el mundo real deja mucho espacio para construir diseños de alto rendimiento con ambos.

Figura 7: Otros diseños.

4.3 Diseños con forma de bala

Este tipo de tapones se encuentra normalmente en “woofers” y consisten de una pieza sólida con forma de bala o cono.

Figura 8: Diseño de tapón con forma de bala

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

En cuanto a ventajas se encuentra principalmente, como mencionado anteriormente, el aumento en el rango de respuesta en agudos del altavoz, pudiendo alcanzar frecuencias más altas.

Una de las desventajas más grandes es la reducción de energía del sonido en el altavoz. Las rendijas en el tapón suman normalmente entre un octavo y un décimo del área total del diafragma, por lo que la presión expulsada aumenta, pero el volumen de aire en movimiento disminuye. Si las rendijas se agrandan, aumenta la energía admitida de la onda de sonido que se irradia a través de ellas, pero también aumenta la energía reflejada hacia el diafragma, lo cual incrementa las cancelaciones.

6. CONCLUSIONES

Los aspectos básicos de diseño de tapones de fase tienen un amplio pedigrí, pero los fabricantes están mejorando constantemente en la extensión y la suavidad de su producción. Varias páginas de matemáticas o trabajo de modelado informático conducen hacia retoques sutiles en el

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diseño que se puede producir impresionantes mejoras de rendimiento. Los drivers de compresión han recorrido un largo camino, pero todavía quedan cortos en comparación con los mejores altavoces de agudos de alta fidelidad. Esto está en contraste con los parlantes de cono profesionales, que han superado en gran parte del mundo la fidelidad de los conductores de altavoz. Estoy emocionado por las futuras innovaciones que mejoran tapones de fase y motores de compresión.

7. REFERENCIAS

[1] Apellido del investigador Edgar Capulian Candela “Tapones de fase”. Parlantes y Amplificadores I, Lima, Perú. Setiembre 2015.[2] Audio Engineering Society, es la mayor asociación mundial de ingenieros de sonido. Fundada en 1948.[3] Phil Graham es el consultor de ingeniería PASSBAND, LLC (www.passbandllc.com). Correo electrónico a: pgraham@fohonline.com. [4] Preference Audio. OEM Systems. "Phase Plug Technology". Retrieved February 16, 2013.[5] Wikipedia, Online enciclopedia., Phase plug. https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_plug. Revisión 6:05, 13 de Setiembre del 2015.[6] Centauri Audio “Mysteries of the Phase Plug”. www.centauriaudio.com.au/diy/plugs. Revisión 6:20 13 de Setiembre 2015

8. DATOS BIOGRAFICOS

Edgar Capulián Candela, nacido en la ciudad de Lima el 01/02/1989. Estudiante de ingeniería en Sonido, Instituto Superior Privado Orson Welles, Av. Salaverry 3641, San Isidro, Lima, Perú. Estudiante desde 2010, curso tres ciclos de ingeniería civil en la Universidad San Martin de Porres (USMP) (CINTRA), Facultad de Ingeniería y Arquitectura (FIA). Actualmente trabaja en TELEMUSICA S.A. Sus intereses son: sonido en vivo, posproducción de audio, acústica de recintos. E-mail: ing.capulian@gmail.com

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