El presente trabajo consiste en la obtención del patrón de radiación de un altavoz convencional a partir de un posicionador automatizado. El mismo presenta el camino investigativo tomado, desde la identificación y definición del marco problemático, siguiendo con la investigación del estado del arte, la cual nos brinda la información necesaria para plantear una hipótesis de solución; hasta las pruebas del sistema prototipo diseñado y el análisis de los resultados obtenidos. A continuación se detalla mejor cada etapa del documento. La primera parte del documento presenta el análisis de la problemática, la cual resalta la importancia y gran utilidad del patrón de radiación en las diversas aplicaciones de la industria de altavoces, planteando así la necesidad por definir propiamente este parámetro acústico y declarar el marco problemático que supone la obtención del mismo, analizando para ello todos los factores y complejidades que se deben tomar en cuenta durante la medición del patrón de radiación. Tras el análisis realizado en el capítulo anterior, se plantea la necesidad de diseñar un sistema capaz de solucionar los problemas y complejidades en la obtención de este parámetro; para ello se estudia el estado del arte, investigando los métodos y técnicas para la caracterización y medición de la respuesta del altavoz, para el procesamiento y sincronización, así como para el posicionamiento y medición angular. Con la información y conocimientos obtenidos hasta el momento se plantea, en el tercer capítulo, un sistema prototipo automatizado capaz de realizar barridos angulares y que obtenga la respuesta en frecuencia de un parlante convencional mediante el auto espectro de la respuesta impulsiva promedio del sistema. En detalle se presentan los aspectos técnicos y teóricos del diseño del sistema mencionado. Finalmente en el cuarto capítulo se presentan los resultados obtenidos de los ensayos realizados, los problemas encontrados durante los mismos y un análisis de los resultados confrontándolos con los datos teóricos y las hipótesis planteadas inicialmente; es a partir de estas conclusiones que se podrán plantear recomendaciones de uso y eventuales mejoras a futuro. / Tesis

La presente tesis consiste en el desarrollo de un prototipo de red de cruce, la cual tendrá características tales como el ser de 3 vías, con salidas para bajos, medios y agudos; el implementar más de un tipo de alineamiento, los cuales serán de tipo Butterworth y Linkwitz - Riley hasta cuarto orden; y el de tener frecuencias de corte configurables. Todas estas características la harían compatible con redes de cruce comerciales. El diseño del circuito implementado está basado en bloques de filtros bajo topologías de filtros analógicos, tal como la topología Sallen-Key. Se utiliza para esto amplificadores operacionales con características adecuadas para audio, así como condensadores y potenciómetros digitales. Estos últimos permitirán obtener diferentes frecuencias de corte, así como los dos tipos de alineamientos mencionados. El control de los potenciómetros lo realiza un microcontrolador, el cual identifica mediante pulsadores la función que el usuario desea implementar. La variación del orden de los filtros hasta cuarto orden se consigue mediante la conexión en cascada de bloques de primer y segundo orden que conforman el circuito. Esta conexión se realiza de forma mecánica mediante configuraciones de jumpers. Se implementa el diseño en una tarjeta doble capa y se realizan sobre este pruebas para identificar las respuestas en frecuencia y el espectro de ruido de fondo en cada salida del circuito. La prueba de respuesta en frecuencia permite identificar las diferentes configuraciones de alineamiento, orden y frecuencias de corte programadas; mientras que la medición del espectro del ruido de fondo permite realizar la caracterización Señal a Ruido del Circuito. Los resultados del prototipo son buenos, consiguiéndose errores aceptables para el uso en audio profesional respecto a las funciones implementadas, así como una relación Señal a Ruido adecuada, la cual se optimizó blindando la tarjeta. Se incluye en los anexos sets de mediciones completas que pueden ser de utilidad para personas que en futuros trabajos requieran revisar esta tesis. / Tesis

La presente tesis consiste en el diseño e implementación de un subwoofer activo de alta fidelidad para cine en casa, el cual está conformado por un filtro activo pasabajos, un amplificador de poder, una fuente de poder, un altavoz y un gabinete acústico. Como requerimientos de diseño se estableció seleccionar un altavoz de un diámetro entre 10 y 12 pulgadas, una frecuencia de resonancia entre 30 y 40 Hz y un Qts no mayor a 0.45 y de preferencia entre 0.25 y 0.35. Además, la configuración del gabinete acústico debía ser seleccionad mediante comparación y por simulación en software. Una vez implementado el gabinete debía ser optimizado mediante análisis modal experimental. Por otro lado, el filtro pasabajos debía poseer frecuencia de corte variable en 70, 80, 100 y 120 Hz y ser de tipo Butterworth, Bessel o Linkwitz Riley. Finalmente, el amplificador de poder debía entregar al menos 50 W de potencia, tener una respuesta en frecuencia entre 20 Hz y 20 kHz y SNR no menor a 100 dB. El altavoz escogido fue el KFC XW 120 de 12 pulgadas de la serie Excelon de Kenwood, el cual posee una frecuencia de resonancia en 20.1 Hz y un Qts de 0.435. Una vez realizada las simulaciones en software se eligió la configuración reflectora de bajos para el gabinete acústico además de determinar que el volumen óptimo de la caja era de 56.6 L. Como material de construcción se hizo uso de MDF de 18 mm de espesor. Para el ducto se utilizó un tubo de PVC de 7.9 mm de diámetro y 55.9 cm de largo. Luego de haber realizado el análisis modal de la estructura, se utilizaron vigas de pino como elementos rigidizantes para optimizar el gabinete. En total se implementaron 6 PCB: 1 para el filtro pasabajos, 3 para el amplificador de poder, 1 para el regulador de ±15 V y 1 para la fuente de poder. Respecto al filtro pasabajos, se implementó en base a la red de cruce Linkwitz Riley de 4to orden (LR4) y con las frecuencias de corte establecidas en los requerimientos. Para proteger a la señal de audio de ruido electromagnético, el PCB del filtro pasabajos fue instalado dentro de una caja de aluminio. Por otro lado, para el amplificador de poder el diseño se basó en el integrado LM3886. Se implementó un amplificador tipo AB de 68 W de potencia de salida máxima. Además, se agregó una etapa de filtro subsónico con frecuencia de corte en 18 Hz y pendiente de 26 dB/oct. Para alimentar al circuito se implementó una fuente lineal que entregara ±34.56 V. además de un regulador que entregara ±15 V. Se realizaron mediciones de respuesta en frecuencia a los PCB implementados. Los resultados arrojaron para el caso del filtro pasabajos un error máximo de 2.08 % en las frecuencias de corte establecidas. Para el caso del amplificador las mediciones mostraron que se consiguió magnitud y fase constante en el ancho de banda de trabajo del subwoofer. Además, a partir de la medición de SNR obtuvimos una diferencia de 90 dB entre el nivel de la señal y el noise floor. Así mismo, también se obtuvo 100 dB en la medición de THD. La medición de la respuesta acústica del sistema total estableció un ancho de banda de entre 30 Hz y 100 Hz. Todos los resultados de las mediciones arrojaron valores aceptables para una unidad de subwoofer de alta fidelidad.

La presente tesis consiste en el desarrollo de un prototipo de red de cruce, la cual tendrá características tales como el ser de 3 vías, con salidas para bajos, medios y agudos; el implementar más de un tipo de alineamiento, los cuales serán de tipo Butterworth y Linkwitz - Riley hasta cuarto orden; y el de tener frecuencias de corte configurables. Todas estas características la harían compatible con redes de cruce comerciales. El diseño del circuito implementado está basado en bloques de filtros bajo topologías de filtros analógicos, tal como la topología Sallen-Key. Se utiliza para esto amplificadores operacionales con características adecuadas para audio, así como condensadores y potenciómetros digitales. Estos últimos permitirán obtener diferentes frecuencias de corte, así como los dos tipos de alineamientos mencionados. El control de los potenciómetros lo realiza un microcontrolador, el cual identifica mediante pulsadores la función que el usuario desea implementar. La variación del orden de los filtros hasta cuarto orden se consigue mediante la conexión en cascada de bloques de primer y segundo orden que conforman el circuito. Esta conexión se realiza de forma mecánica mediante configuraciones de jumpers. Se implementa el diseño en una tarjeta doble capa y se realizan sobre este pruebas para identificar las respuestas en frecuencia y el espectro de ruido de fondo en cada salida del circuito. La prueba de respuesta en frecuencia permite identificar las diferentes configuraciones de alineamiento, orden y frecuencias de corte programadas; mientras que la medición del espectro del ruido de fondo permite realizar la caracterización Señal a Ruido del Circuito. Los resultados del prototipo son buenos, consiguiéndose errores aceptables para el uso en audio profesional respecto a las funciones implementadas, así como una relación Señal a Ruido adecuada, la cual se optimizó blindando la tarjeta. Se incluye en los anexos sets de mediciones completas que pueden ser de utilidad para personas que en futuros trabajos requieran revisar esta tesis.

Si bien el modelo elástico tradicional de la parte mecánica de un altavoz de radiación directa, consistente en un sistema masa-resorte-amortiguador, es ampliamente utilizado en aplicaciones electroacústicas debido a su simplicidad y aceptable concordancia (para fines prácticos) con datos experimentales, existen características en el comportamiento del altavoz que dicho modelo no reproduce. Una de esas características, relacionada al fenómeno de creep que presenta la suspensión mecánica viscoelástica de los altavoces, es el incremento de los valores de la resistencia mecánica en el rango de las frecuencias bajas. El presente trabajo presenta un modelo viscoelástico de la parte mecánica de un altavoz de radiación directa y muestra como este resulta ser un modelo más completo respecto al modelo elástico tradicional al reproducir el mencionado comportamiento del altavoz asociado a la presencia del creep. Este resultado comparativo se valida mediante el ajuste del modelo a las curvas de datos experimentales obtenidos de la medición de distintos altavoces. El método de Levenberg–Marquardt, empleado para el ajuste del modelo por mínimos cuadrados no lineales, es estudiado con detalle.

En la presente tesis se muestra el diseño y desarrollo de un sistema automático, basado en un posicionador de coordenadas esféricas, que permita obtener del patrón de radiación y balón de directividad de un altavoz. En dicho trabajo se presenta el proceso de investigación seguido, comenzando con la identificación y definición del marco problemático, pasando por la investigación del estado del arte en esta materia la cual nos brindará la información necesaria para plantear una solución útil; esta solución una vez diseñada e implementada permitirá realizar mediciones con diferentes resoluciones angulares consiguiendo así resultados del patrón de radiación y la directividad 3D del altavoz en evaluación en esta tesis, estos resultados serán analizados y documentados. La primera parte del documento presenta el análisis de la problemática, la cual resalta la importancia y gran utilidad del patrón de radiación y directividad de una fuente sonora en diversas aplicaciones del audio y la acústica, planteando así la necesidad de obtener estos parámetros acústicos. Al finalizar el capítulo se declara el marco problemático que supone la obtención de la directividad, analizando para ello todos los factores y aspectos que se deben tomar en cuenta durante las mediciones del patrón de radiación. Con el marco problemático ya declarado, se plantea la necesidad de diseñar un sistema capaz de solucionar los problemas en la obtención de estos parámetros; para ello se investiga el estado del arte donde se estudian los métodos y técnicas existentes vigentes tanto para la caracterización y medición de la respuesta del altavoz, para el procesamiento de señales, así como para el posicionamiento y medición angular. Luego de haber investigado el estado del arte, en el tercer capítulo se plantea un sistema automatizado capaz de realizar barridos angulares en el espacio circundante y que obtenga la respuesta en frecuencia (H1) de un altavoz convencional a partir del auto espectro de la respuesta impulsiva promedio del sistema y más técnicas que se verán en el desarrollo del capítulo. En detalle se presentan los aspectos técnicos y teóricos por etapas del diseño del sistema mencionado. En el cuarto capítulo se presentan los resultados obtenidos de los ensayos realizados, los problemas encontrados durante los mismos y un análisis de los resultados confrontándolos con los datos teóricos y las hipótesis planteadas inicialmente; es a partir de estas conclusiones que se podrán plantear recomendaciones de uso y eventuales mejoras a futuro. Finalmente se expone un modelo de negocio elaborado a partir del sistema automático desarrollado; este emprendimiento se basa en brindar un servicio de medición de la directividad de altavoces y fuentes sonoras a empresas fabricantes, arquitectos, ingenieros de sonido y público en general, entregando información completa y confiable sobre las características de radiación de sus altavoces. Cabe resaltar que este sistema podría ser también utilizado para evaluar la radiación de otras fuentes no acústicas tales como antenas o fuentes luminosas.

En esta tesis, inicialmente se estudiará el modelo lineal del altavoz electrodinámico, de los principales sistemas de altavoces y sus modelos, así mismo se trabajará con las redes de cruce y los circuitos pasivos complementarios a estas. Una vez comprendidos los modelos, se procederá a desarrollar el software siguiendo el proceso constructivo propio del desarrollo del software y dividiéndolo en diferentes etapas iterativas con la finalidad de acompañar el proceso con resultados parciales que demuestren el correcto funcionamiento del mismo. Finalmente, se integrarán todas las partes y se implementará una interfaz gráfica donde el usuario controlará el programa y observará los resultados de la simulación. Como complemento de este trabajo, se incluirá un plan de negocio del software para ser aplicado en la industria nacional y/o regional.

El presente trabajo consiste en la obtención del patrón de radiación de un altavoz convencional a partir de un posicionador automatizado. El mismo presenta el camino investigativo tomado, desde la identificación y definición del marco problemático, siguiendo con la investigación del estado del arte, la cual nos brinda la información necesaria para plantear una hipótesis de solución; hasta las pruebas del sistema prototipo diseñado y el análisis de los resultados obtenidos. A continuación se detalla mejor cada etapa del documento. La primera parte del documento presenta el análisis de la problemática, la cual resalta la importancia y gran utilidad del patrón de radiación en las diversas aplicaciones de la industria de altavoces, planteando así la necesidad por definir propiamente este parámetro acústico y declarar el marco problemático que supone la obtención del mismo, analizando para ello todos los factores y complejidades que se deben tomar en cuenta durante la medición del patrón de radiación. Tras el análisis realizado en el capítulo anterior, se plantea la necesidad de diseñar un sistema capaz de solucionar los problemas y complejidades en la obtención de este parámetro; para ello se estudia el estado del arte, investigando los métodos y técnicas para la caracterización y medición de la respuesta del altavoz, para el procesamiento y sincronización, así como para el posicionamiento y medición angular. Con la información y conocimientos obtenidos hasta el momento se plantea, en el tercer capítulo, un sistema prototipo automatizado capaz de realizar barridos angulares y que obtenga la respuesta en frecuencia de un parlante convencional mediante el auto espectro de la respuesta impulsiva promedio del sistema. En detalle se presentan los aspectos técnicos y teóricos del diseño del sistema mencionado. Finalmente en el cuarto capítulo se presentan los resultados obtenidos de los ensayos realizados, los problemas encontrados durante los mismos y un análisis de los resultados confrontándolos con los datos teóricos y las hipótesis planteadas inicialmente; es a partir de estas conclusiones que se podrán plantear recomendaciones de uso y eventuales mejoras a futuro.

En el presente trabajo se ha realizado una contribución al estudio de la cuantificación de la radiación de las paredes de la estructura en sistemas de caja cerrada, estableciendo una relación de la respuesta vibroacústica de este tipo de sistemas radiantes con las características del material de construcción, tales como el modulo de Young, el amortiguamiento, o la densidad. Para abordar el problema se plantea el acople mecano-acústico entre los diferentes elementos del sistema radiante. Idealmente, en los sistemas radiantes compuestos de altavoces montados sobre un recinto acústico o caja, las paredes de la caja deberían de ser infinitamente rígidas y con movimiento nulo. Sin embargo, en la realidad la experiencia demuestra que las paredes se comportan como placas vibrantes bajo la acción de las presiones interiores y contribuyen a la radiación final de sonido del sistema, sobre todo en el rango de las bajas frecuencias. Para conseguir el objetivo propuesto, en primer lugar se han realizado una serie de medidas experimentales sobre unos modelos de caja cerrada con y sin altavoz. En la fase experimental se ha estudiado el comportamiento vibracional de las paredes de la estructura mediante análisis modal y medidas de vibración, y la respuesta sonora del sistema altavoz, aire interior y estructura, acoplado mediante medidas de presión e intensidad acústicas. A continuación, y en base a los resultados experimentales, se han implementado unos modelos numéricos de un sistema altavoz, aire interior y estructura. Se concluye que la estructura colorea la respuesta sonora del sistema en todo el rango de frecuencia estudiado, debido a resonancias o vibraciones forzadas de la misma. / Segura Alcaraz, JG. (2009). Cuantificación de la radiación de la estructura en sistemas de caja cerrada [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4343