Enchufe de fase - Phase plug
En un altavoz , un conector de fase , conector de fase o transformador acústico es una interfaz mecánica entre un controlador de altavoz y la audiencia. El conector de fase extiende la respuesta de alta frecuencia porque guía las ondas hacia el oyente en lugar de permitirles interactuar destructivamente cerca del controlador.
Los enchufes de fase se encuentran comúnmente en altavoces de bocina de alta potencia utilizados en audio profesional , en los pasos de banda de frecuencia media y alta, colocados entre el diafragma del controlador de compresión y la bocina acústica . También pueden estar presentes delante de los conos de woofer en algunos diseños de altavoces. En cada caso, sirven para igualar las longitudes de la trayectoria de las ondas sonoras desde el conductor hasta el oyente, para evitar cancelaciones y problemas de respuesta de frecuencia. El tapón de fase se puede considerar un estrechamiento adicional de la garganta del cuerno, convirtiéndose en una extensión del cuerno a la superficie del diafragma.
Historia
El industrial alemán Werner von Siemens inventó un controlador electromecánico del tipo que se utilizó más tarde en los altavoces en 1877, pero no existió una amplificación práctica para crear el altavoz hasta 1921. En la década de 1920 se produjeron varios diseños de altavoces, incluidos los ingenieros de General Electric Chester W. Rice y Edward W. Kellogg acoplando una bocina acústica al controlador del altavoz en 1925. En 1926, los ingenieros de Bell System , Albert L. Thuras y Edward C. Wente, modificaron el altavoz de la bocina insertando el enchufe de primera fase entre el controlador y la bocina. Este tapón de fase dirigía ondas sonoras hacia la garganta de la bocina desde el centro del diafragma y desde un anillo alrededor del perímetro del diafragma, por medio del orificio central y la ranura anular, con el fin de mejorar "las características de transmisión" del altavoz ". en la parte superior del rango de frecuencia del sonido ". Sobre la base de su investigación conjunta, los dos ingenieros obtuvieron patentes estadounidenses consecutivas: Thuras presentó una patente para un nuevo diseño de diafragma electrodinámico y Wente presentó una patente para el enchufe de la primera fase. Los principios establecidos por Thuras y Wente han influido en cada diseño de enchufe de fase posterior.
Controladores de compresión
En los altavoces de bocina, el enchufe de fase sirve para llevar las ondas sonoras desde todas las áreas del diafragma del motor de compresión a través de la cámara de compresión hasta la garganta de la bocina, de modo que cada pulso de sonido llega a la garganta como un frente de onda coherente. Con una implementación exitosa, el rendimiento de alta frecuencia se extiende más alto.
El conector de fase es un elemento complejo y costoso del motor de compresión. Su fabricación requiere finas tolerancias. Los tapones de fase se mecanizan en metales como el aluminio o se funden en plástico duro o baquelita . Meyer Sound Laboratories eligió un plástico liviano debido a su resistencia a la temperatura y la humedad.
Existen muchas variaciones en el diseño del tapón de fase, pero han evolucionado dos tipos para coincidir con dos tipos principales de diafragma: domo y anillo.
Los diafragmas de cúpula son similares a las patentes de Thuras / Wente de la década de 1920 y todavía se usan comúnmente en la actualidad. Los enchufes de fase que interactúan con diafragmas tipo domo incluyen una amplia variedad: diseños con ranuras radiales, diseños con ranuras de anillo anular concéntrico y diseños híbridos con una combinación de ranuras anulares y radiales. El ingeniero de Altec Clifford A. Henricksen informó sobre las diferencias entre los tipos de enchufes de fase radial y "circunferencial" en las convenciones de la Audio Engineering Society en 1976 y 1978. El diseño radial es más fácil de producir, pero no diferencia entre ondas sonoras del perímetro de el diafragma y las ondas sonoras del centro. A altas frecuencias, el diafragma no actúa como un pistón perfecto; en cambio, muestra propiedades modales ondulantes relacionadas con su rigidez y densidad. Debido a la velocidad de propagación de la onda a través del material del diafragma, el centro del diafragma se mueve un poco más tarde que el perímetro. Las ranuras radiales en el conector de fase no corrigen esta pequeña diferencia de tiempo, que afecta a las frecuencias más altas. Las ranuras circulares concéntricas pueden corregir el comportamiento de ondulación del diafragma, pero la posición de las ranuras es fundamental. Las ranuras circulares pueden permitir que se acumulen resonancias entre el diafragma y el conector de fase, resonancias que causan cancelaciones de onda y una reducción correspondiente en la respuesta de frecuencia en la frecuencia de resonancia.
El diafragma de anillo menos común es un desarrollo posterior destinado a minimizar los problemas relacionados con la propagación de ondas a través del material del diafragma. Este diseño requiere una forma radicalmente diferente de tapón de fase, pero las ranuras radiales y los anillos concéntricos aún pueden jugar un papel.
El área combinada de las ranuras del conector de fase es típicamente de un octavo a un décimo del área del diafragma. Esto da una relación de cambio de velocidad de presión a volumen en el rango de 8: 1 a 10: 1, que sirve para hacer coincidir la impedancia del diafragma con la garganta del cuerno. Un área de ranura más grande admite más energía de ondas de sonido pero también refleja más energía hacia atrás en el diafragma. Un área de ranura más pequeña atrapa más energía de onda entre el enchufe de fase y el diafragma. Al investigar la interfaz de diafragma / conector de fase, David Gunness descubrió que solo la mitad de la energía de onda, en el mejor de los casos, viaja directamente desde el diafragma a través de las ranuras del conector de fase y sale al oyente. La otra mitad (o más) provoca cancelaciones dentro del espacio entre el diafragma y el tapón de fase, o provoca anomalías temporales (mancha de tiempo) al salir del tapón de fase más tarde que el sonido directo. Para minimizar el problema, Gunness modeló el comportamiento matemáticamente y utilizó el procesamiento de señales digitales para aplicar una versión de polaridad inversa del comportamiento de onda no deseado a la señal de audio original .
Woofers
Los enchufes de fase se pueden colocar delante de los conos de woofer , especialmente en diseños de altavoces con bocina. De la misma manera que los enchufes de fase del controlador de compresión, la intención es minimizar la interferencia de ondas de alta frecuencia cerca del controlador. En este caso, "alta frecuencia" es relativa al paso de banda pretendido; Por ejemplo, se puede esperar que un woofer de cono de 12 pulgadas (300 mm) reproduzca energía de 550 Hz cerca de la parte superior de su rango previsto, sin embargo, la longitud de onda de 550 Hz es aproximadamente el doble del diámetro del woofer, por lo que la energía de onda en ese la frecuencia que viaja lateralmente de un lado al otro estará desfasada y se cancelará. Con un enchufe de fase en el centro, dicha energía de onda lateral rebota en la obstrucción y se refleja hacia afuera, hacia el oyente. Los enchufes de fase para los conos del woofer suelen ser enchufes sólidos colocados sobre la tapa guardapolvo central del woofer, o en el centro del woofer, reemplazando la tapa guardapolvo.