Una caja acústica de 2 vías, que soporta 100W, con un altavoz de graves-medios de 90W y un altavoz de agudos de tan sólo 10 o 15W… y no se quema! … ¿cómo es esto posible?

En esta lección vamos a ver (y calcular) como se hace el reparto de la potencia en los altavoces cuando hay filtros divisores de frecuencia (crossovers) de por medio, ya que, pocas veces caemos en la cuenta de que dicha potencia NO se reparte por igual como ocurre cuando no hay filtros.

En la imagen superior vemos la conexión de dos altavoces a un mismo amplificador, conectados en serie (A) y en paralelo (B).

La potencia RMS (P) del amplificador es de 50W sobre una carga de 8 Ohm.

En el circuito serie (A), con dos altavoces de igual impedancia ( Z=4 Ohm.) que ofrecen en conjunto una impedancia de 8 Ohm al amplificador. El amplificador -a máxima potencia- entregará 50W y está se repartirá por igual entre los altavoces, correspondiéndole a cada uno 25W (50W / 2 = 25W).

En el circuito paralelo (B), con dos altavoces de igual impedancia ( Z=16 Ohm.) que ofrecen en conjunto una impedancia de 8 Ohm al amplificador. El amplificador -a máxima potencia- entregará 50W y está también se repartirá por igual entre los altavoces, correspondiéndole a cada uno 25W (50W / 2 = 25W).

Cada altavoz va a trabajar con TODAS las frecuencias emitidas por el amplificador.

Cuando se mete un filtro divisor de frecuencias entre el amplificador y los altavoces la cosa cambia porque, ahora, a cada altavoz le va a llegar sólo una parte de las frecuencias que maneja el amplificador (las cuales estarán entre 20Hz y 20.000Hz) y esto afectará a la potencia que va a parar a cada uno de los altavoces.

En la fig. superior podemos ver una caja de 2 vías (A) con sus altavoces y su filtro (F) divisor de frecuencias. También vemos una caja de 3 vías (B) con los altavoces y el filtro.

Por ser los tipos más populares, analizaremos cada una de ellas por separado.

Un filtro divisor de 2 vías divide en dos “trozos” la banda de frecuencias que emite el amplificador.

Debe establecerse una “frecuencia divisora” llamada frecuencia de corte (Fc). En la fig. superior se ve dicha Fc marcada a 3.000Hz (3KHz).

Los componentes del circuito que forman el filtro (F) se van a encargar de que:
- las frecuencias más graves (hacia la izquierda de la Fc, en rojo) vayan a parar al altavoz de graves-medios.
- las frecuencias más agudas (hacia la derecha de la Fc, en verde) vayan a parar al altavoz de agudos.


Vale, cada altavoz va a trabajar sólo con una parte de las frecuencias pero… de toda la potencia que emite el amplificador, ¿cuanta potencia va a llegar a cada uno de esos altavoces?

Conocer ese dato supone tener que realizar una serie de cálculos de cierta complejidad.
No obstante, si no necesitamos resultados de gran precisión, con la ayuda de ábacos apropiados podemos resolver la papeleta sin necesidad de sesudos cálculos.

Descarga el ábaco en formato PDF

Utilizando el ábaco de la fig. superior podemos saber (con un cierto margen de error) cual es la potencia que va a llegar a cada altavoz en una caja acústica con filtro divisor de 2, 3, o más vías.

Es muy sencillo de utilizar.
Debemos conocer la frecuencia de corte (Fc) del filtro de 2 vías y marcarla en el eje horizontal (punto A).
Luego, nos desplazamos verticalmente hasta llegar a la curva negra y marcamos (punto B).
Finalmente, nos desplazamos a la izquierda hasta el eje vertical y marcamos (punto C).

Si la Fc es de 3KHz (como se ve en el gráfico superior) obtendremos los mismos puntos (A, B y C) que ahí se muestran.

Mirando ahora el punto C, vemos que se encuentra un poco por encima del 85%… digamos que marca 87%.

La interpretación es la siguiente:

- el 87% le corresponde al altavoz de frecuencias más bajas (graves-medios).
- el resto, el 13%  (100 – 87 = 13) le corresponde al altavoz de frecuencias más altas (agudos).

Ahora, para obtener los vatios (W) que van a parar a cada altavoz, solo falta aplicarle un valor a esos 87% y 13% y ese valor depende de la potencia total que emita el amplificador.

Si el amplificador es de 100W, le corresponderán 87W al altavoz de graves-medios y 13W al de agudos.

Con una simple regla de tres podemos saber la correspondencia para cualquier otra potencia.

Si el 100% son 500W:

- el 87% serán XW (X = 87 * 500 / 100 = 435W)
- el 13% serán YW (Y = 13 * 500 / 100 = 65W)

Comprobación: 435W + 65W = 500W.

Un filtro de 3 vías es similar al de 2 vías con la diferencia de que, ahora, se divide en tres “trozos” la banda de frecuencias. Por lo tanto necesitaremos dos frecuencias de corte, una inferior (Fc1) y otra superior (Fc2).

En la fig. superior se ven dichas marcas: Fc1 a 1,5KHz y Fc2 a 5KHz.

Los componentes del circuito que forman el filtro (F) se van a encargar de que:
- las frecuencias más graves (hacia la izquierda de la Fc1, en rojo) vayan a parar al altavoz de graves.
- las frecuencias intermedias (entre la Fc1 y la Fc2, en azul) vayan a parar al altavoz de medios.
- las frecuencias más agudas (hacia la derecha de la Fc2, en verde) vayan a parar al altavoz de agudos.


¿Qué pasa en este caso con las potencias?

Retomemos nuestro estimado ábaco.

Como ya se ha comentado anteriormente su funcionamiento, vamos a ir directamente al grano.

Conocidas las Fc1 y Fc2 de nuestro filtro, procedemos con las marcas en el ábaco.

Si las Fc son de 1,5KHz y 5KHz (como se ve en el gráfico superior) obtendremos los mismos puntos (A, B y C) que ahí se muestran.

El punto C rojo, indica un 76% y el punto C azul, indica un 92%.

Interpretación:

- un 76% de la potencia le corresponde al altavoz de graves.
- un 16%  (92% - 76%) le corresponde al altavoz de medios.
- un 8%  (100% - 92%) le corresponde al altavoz de agudos.

Comprobación: 76% + 16% + 8% = 100%

Si el amplificador fuera de 100W, le corresponderían 76W al altavoz de graves, 16W al de medios, y 8W al de agudos.

Por medio de la regla de tres podemos hacer el cálculo para cualquier otra potencia.


El método de la regla de tres podemos simplificarlo (para calcular más fácil) dividiendo el % entre 100 y multiplicándolo por la potencia del amplificador.

Veamos como sería para un amplificador de 50W con un filtro que tiene las mismas Fc de la fig. superior:

- P para el altavoz de graves: 76%  (76 /100 = 0,76) →   50W * 0,76 = 38W
- P para el altavoz de medios: 16%  (16 /100 = 0,16) →  50W * 0,16 = 8W
- P para el altavoz de agudos: 8%  (16 /100 = 0,08) →    50W * 0,08 = 4W

Comprobación: 38W + 8W + 4W = 50W


Nota:
Las frecuencias de corte (Fc) de los filtros divisores dependen exclusivamente de su constitución.
En función de su diseño y de los componentes utilizados harán los cortes a unas determinadas frecuencias, las cuales necesitamos conocer para poder aplicar lo que aquí se ha comentado.

# OTRAS APLICACIONES #

Supongamos que tenemos una caja de 2 vías a la cual debemos cambiar uno de los altavoces (p.e. el de graves) por estar en mal estado pero desconocemos su potencia (W).

Necesitamos saber la potencia (P) del otro altavoz (el de agudos, en este caso) y la Fc del filtro.

Si el altavoz de agudos fuera (p.e.) de 10W y la frecuencia de corte del filtro 3KHz sabríamos (gracias al ábaco) que le corresponde al altavoz de graves una potencia del 87%.

Por lo tanto, para graves el 87% y para agudos el resto, 13%.

Si el 13% de agudos corresponde a 10W (que es la potencia conocida de ese altavoz), con la regla de tres ya podemos saber a cuantos vatios equivalen ese 87% correspondiente a los graves:

Si el 13% son 10W, el 87% serán XW.

X = 87 * 10 / 13 = 67W

O sea, que el nuevo altavoz para graves-medios debe ser de una potencia igual o superior a 67W.

Este mismo cálculo nos permite conocer también otro dato interesante.

Si para agudos le corresponden 10W y para graves-medios 67W, la suma de los dos (10W + 67W = 77W) nos está dando la potencia RMS, 77W, que es capaz de manejar esa caja de 2 vías (*).

(*) Esto será así si la caja está adecuadamente concebida y sus altavoces correctamente dimensionados.

¿Entiendes ahora por qué no se quema el tweeter del que hablábamos al principio? ;-)