El diseño de equipos de audio abarca principalmente los siguientes aspectos:
- Planificación de productos y diseño industrial - Determinar la finalidad del altavoz, su colocación, los escenarios de uso, los métodos, las dimensiones físicas y el aspecto.
- Diseño acústico - Diseño del esquema general del altavoz, selección de la unidad excitadora y evaluación de la calidad del sonido.
- Diseño estructural - Diseño del recinto/armario y de la estructura de montaje del conductor, que culmina con la fabricación del molde en una fábrica de moldes.
- Prototipos y pruebas - Prueba/evaluación del rendimiento de los altavoces, optimización/mejora y ajuste final de la calidad del sonido del sistema.
Las cajas acústicas se clasifican principalmente en Cajas precintadas/cerradas (por ejemplo, fijos, tipo estantería) y Cajas Bass-Reflex (Portedd) (por ejemplo, diseños con puerto, R-J, línea de transmisión, etc.).
Requisitos generales para el diseño de altavoces Bass-Reflex (con puerto)
Directividad de la emisión sonora del altavoz
Las ondas sonoras presentan fenómenos como la reflexión, la difracción y la interferencia durante su propagación, siguiendo principios acústicos específicos. La longitud de onda de las ondas sonoras radiadas por un altavoz se acorta a medida que aumenta la frecuencia. Cuando la longitud de onda es comparable a las dimensiones físicas del altavoz, la onda sonora radiada desarrolla una directividad pronunciada debido a la difracción y la interferencia.
La directividad del altavoz caracteriza su capacidad de irradiar sonido en distintas direcciones y depende de la frecuencia. El sonido de alta frecuencia presenta una mayor directividad, mientras que el de baja frecuencia es relativamente menos direccional.
- Subwoofers y Woofers: La dirección de emisión del sonido es ilimitada. El recinto puede colocarse en cualquier lugar de la zona de escucha.
- Altavoces Full-Range, Mid-Range y High-Frequency: Lo ideal es que el transductor esté orientado directamente hacia la posición de escucha. Si las limitaciones estructurales o estéticas del diseño impiden la orientación directa, debe diseñarse un reflector acústico para mitigar la atenuación del sonido causada por la directividad.
El ángulo entre la dirección de emisión del altavoz y el oyente no debe superar los 90°, como se indica a continuación:
Selección de los altavoces
La elección de los transductores y su integración con el recinto acústico determinan directamente la calidad de sonido final del sistema.
Selección basada en la forma de apertura del conductor
Los altavoces con abertura circular ofrecen el mejor rendimiento, seguidos de los que tienen aberturas en forma de pista de carreras y ovaladas. Es aconsejable evitar en la medida de lo posible el uso de altavoces con forma de tira larga y ultraestrechos.
El tamaño del altavoz debe seleccionarse en función del tamaño de la caja acústica y su volumen neto. De acuerdo con los principios de diseño del sistema de altavoces, es necesario elegir los parámetros T/S y electroacústicos adecuados para el altavoz.
Selección del imán conductor
Los imanes externos (imanes de ferrita) son rentables, pero ocupan un gran volumen, lo que reduce el volumen efectivo dentro de la caja acústica. Los imanes internos (imanes de tierras raras) tienen un coste más elevado, pero ocupan menos espacio, proporcionan un mayor volumen útil dentro de la caja y ofrecen un rendimiento magnético superior.
Selección del cono
Las formas de los conos suelen adoptar conos de lados rectos y conos exponenciales. Los conos rectos son fáciles de fabricar, pero su rendimiento a altas frecuencias es relativamente bajo, mientras que los conos exponenciales ofrecen un mejor rendimiento a altas frecuencias. Los diseños de doble cono pueden adoptarse en circunstancias especiales.
Los principales materiales de los conos incluyen fibras naturales (fibras vegetales, fibras animales), fibras artificiales (fibras químicas, fibras sintéticas), fibras inorgánicas, plásticos (por ejemplo, PP conos), y metales (por ejemplo, aluminio). La selección puede hacerse en función de los requisitos de timbre y coste.
Diseño del recinto
El diseño del tamaño del recinto del altavoz debe combinar los parámetros del altavoz con el volumen neto dentro del recinto. Sólo cuando ambos coinciden de forma óptima se puede maximizar el rendimiento del sonido de baja frecuencia.
Los materiales del recinto suelen ser principalmente madera y plástico, y el grosor del material se determina en función de la vibración del recinto y la resonancia generada en su interior. Cuando las condiciones lo permitan, intente utilizar una pared más gruesa y añada adecuadamente nervios de refuerzo en la pared interior para reducir las vibraciones de la caja y suprimir las resonancias acústicas en su interior.
El recinto debe tener un buen sellado, y no debe haber fugas de aire ni problemas similares, para evitar que se genere ruido del viento y que afecte al rendimiento de baja frecuencia.
El diseño del puerto en un recinto bass-reflex desempeña un papel decisivo en la frecuencia de corte de baja frecuencia del altavoz. La posición de diseño y la forma del puerto tienen que garantizar el flujo suave de aire dentro de la caja para reducir la distorsión de baja frecuencia y el ruido del viento. La longitud y el área de la sección transversal del puerto se diseñan y ajustan en función del volumen de la caja y de los parámetros pertinentes del altavoz. El objetivo es garantizar que la curva de impedancia del altavoz se aproxime lo más posible a la característica de doble pico, como se muestra en la figura siguiente.
Un recinto con radiador pasivo es una variante del diseño bass-reflex. Se construye utilizando un radiador pasivo para sustituir al puerto. Un control adecuado puede hacer que el sonido radiado producido por la vibración del radiador pasivo esté en fase con el sonido radiado hacia delante del altavoz, mejorando así las características de baja frecuencia del altavoz y mejorando la respuesta de baja frecuencia. La caja bass-reflex con radiador pasivo es más adecuada para su uso en recintos con un volumen relativamente pequeño.
La figura siguiente muestra dos tipos de recintos bass-reflex (con puerto estándar frente a radiador pasivo).
El diseño de la estructura interna de la caja debe garantizar un flujo de aire uniforme en su interior. El diseño de la estructura interna de la caja debe garantizar un flujo de aire uniforme en su interior. Diseñe las secciones transversales en ambos extremos del puerto con una forma de transición gradual para evitar la generación de ruido de viento de flujo de aire “chasquido” en las aberturas.
Para evitar que las ondas sonoras generen resonancia en el interior de la caja, el armazón de la caja debe ser lo suficientemente resistente, añadiendo nervios de refuerzo en su interior y reforzando la conexión entre las cubiertas delantera y trasera. Añada adecuadamente material absorbente del sonido en el interior del recinto e instálelo cerca de la pared interior del recinto.
Diseño de radiación acústica
Intente evitar que estructuras externas bloqueen los lugares de salida del sonido (incluido el lugar de salida del puerto). El mejor método es tener el transductor del altavoz directamente expuesto. El siguiente mejor método es utilizar materiales con mayor transparencia acústica, como tela de rejilla de altavoz, malla de acero, etc.; después vienen los paneles de plástico con grandes perforaciones; intente evitar el uso de paneles de salida con pequeños orificios. La zona de salida de sonido del transductor del altavoz no debe formar una cavidad cerrada, ya que esto puede crear fácilmente un “efecto de cavidad frontal” que degrade la calidad del sonido.
Diseño de amortiguación de vibraciones para altavoces
Cuando un altavoz está en funcionamiento, las vibraciones del transductor se transmiten a todas las partes del recinto del altavoz. Esto puede provocar fácilmente resonancias en diferentes lugares, produciendo ruidos extraños. Por lo tanto, es necesario un diseño de amortiguación adecuado.
Por ejemplo: utilice almohadillas amortiguadoras de goma en los lugares donde el altavoz esté fijado y conectado a otros componentes estructurales.
Para un altavoz de radiador pasivo (altavoz de cono de zángano), emplee un diseño de radiador pasivo doble simétrico para anular las vibraciones que introducen.
Diseño de disipación térmica para altavoces
El transductor de un altavoz es un dispositivo transductor. Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica (vibración del transductor) y, a continuación, la transforma en energía sonora (radiación de ondas sonoras). La eficacia de un transductor de altavoz para convertir la energía eléctrica en energía sonora es baja; la energía restante se convierte en calor. Por lo tanto, la disipación del calor del transductor del altavoz es muy importante. Especialmente en recintos pequeños con espacio limitado, afecta directamente a la fiabilidad del altavoz.
El principal componente térmico de un altavoz es la bobina móvil. Su calor se transfiere a las superficies exteriores del circuito magnético y la cesta a través de la placa polar y el yugo en T/yugo en U. Por lo tanto, siempre que las condiciones lo permitan, trate de diseñar su exposición externa para ayudar a la disipación del calor.
Diseño de prevención de fugas magnéticas
Los altavoces dinámicos utilizados en los sistemas de altavoces emplean imanes permanentes en sus circuitos magnéticos, lo que provoca fugas magnéticas. En entornos de uso sensibles a las fugas magnéticas, es necesario implementar un diseño de prevención de fugas magnéticas para el circuito magnético del altavoz.
Altavoz Propuesta de diseño estructural
En función de la forma estructural y los requisitos del producto, el altavoz se diseña en configuración mono. Según la dirección de radiación del sonido, se divide en tres formas estructurales: estructura de radiación ascendente, estructura de radiación frontal y estructura de radiación descendente. Los requisitos de diseño estructural y las recomendaciones para estas tres formas se detallan en la siguiente propuesta. Este producto incorpora un micrófono. El diseño de radiador pasivo tiende a tener una vibración relativamente mayor, por lo que no se recomienda el uso de un recinto bass-reflex de radiador pasivo.
Diseño de altavoz de radiación ascendente:
Este enfoque estructural utiliza un transductor de rango completo circular y diámetro relativamente grande que irradia hacia arriba, un tweeter de cúpula circular que irradia hacia delante y el puerto diseñado para irradiar hacia atrás.
Descripción del diseño:
- El transductor circular de gran diámetro es un transductor de rango completo. Su dirección de radiación es ascendente. Las frecuencias medias y bajas tienen una directividad relativamente débil y pueden llegar bastante bien a los oídos del oyente en la parte delantera; las frecuencias altas tienen una directividad más fuerte y sufren una atenuación más significativa hacia la parte delantera.
- El tweeter de cúpula tiene un patrón de radiación dispersivo, que puede ampliar eficazmente el área alcanzada por sus altas frecuencias. Al irradiar hacia delante, puede compensar bien la parte atenuada de alta frecuencia del transductor de gama completa.
- El tweeter de cúpula tiene un patrón de radiación dispersivo, que puede ampliar eficazmente el área alcanzada por sus altas frecuencias. Al irradiar hacia delante, puede compensar bien la parte atenuada de alta frecuencia del transductor de gama completa.
- La zona de radiación hacia arriba utiliza tela de rejilla o malla de acero con alta transparencia acústica para reducir la atenuación del sonido. Toda la superficie superior sirve como zona de radiación para evitar crear un “efecto de cavidad frontal”.
- La zona de radiación del tweeter utiliza tela de rejilla o malla de acero para reducir la atenuación de las altas frecuencias.
- Toda la caja debe ser hermética.
- En función de los requisitos de sintonización, añada adecuadamente material fonoabsorbente en el interior.
Diseño de altavoz de radiación frontal:
Este enfoque estructural utiliza un transductor de rango completo más un tweeter de cúpula. Todas las direcciones de radiación están orientadas directamente hacia el oyente. El puerto está diseñado para irradiar hacia abajo o hacia atrás.
Descripción del diseño:
- El transductor circular de gran diámetro es un transductor de rango completo. Su dirección de radiación es hacia delante. El diseño de radiación frontal da como resultado una atenuación relativamente baja para todas las bandas de frecuencia, lo que permite que el sonido llegue bastante bien a los oídos del oyente situado delante.
- El tweeter de cúpula tiene un patrón de radiación dispersivo, que puede ampliar eficazmente el área alcanzada por sus altas frecuencias. Al irradiar hacia delante, puede compensar bien la parte atenuada de alta frecuencia del transductor de gama completa.
- La abertura de radiación frontal presenta una estructura acampanada (en forma de cuerno), que puede ampliar eficazmente la directividad de cada banda de frecuencias.
- El puerto irradia hacia atrás. El sonido de baja frecuencia que emite es esencialmente no direccional y puede llegar bastante bien a los oídos del oyente.
- La zona de radiación frontal utiliza tela de rejilla o malla de acero para reducir la atenuación acústica. 6. Todo el recinto debe ser hermético.
- En función de los requisitos de sintonización, añada adecuadamente material fonoabsorbente en el interior.
Diseño de altavoz de radiación descendente:
Este enfoque estructural utiliza un transductor de rango completo circular y diámetro relativamente grande que irradia hacia abajo, un tweeter de cúpula circular que irradia hacia delante y el puerto diseñado para irradiar hacia atrás. El sonido emitido por el transductor orientado hacia abajo es reflejado en todas direcciones por una estructura reflectora, con lo que se consigue el objetivo de radiación sonora omnidireccional.
Descripción del diseño:
- El transductor circular de gran diámetro es un transductor de rango completo. Su dirección de radiación es descendente. El sonido se refleja en todas direcciones a través de la estructura del reflector, logrando el propósito de un altavoz omnidireccional.
- La zona de radiación hacia arriba utiliza tela de rejilla o malla de acero con alta transparencia acústica para reducir la atenuación del sonido. Toda la superficie superior sirve como zona de radiación para evitar crear un “efecto de cavidad frontal”.
- El puerto irradia hacia atrás. El sonido de baja frecuencia que emite es esencialmente no direccional y puede llegar bastante bien a los oídos del oyente.
- Las zonas de radiación del altavoz utilizan tela de rejilla o malla de acero para reducir la atenuación de las altas frecuencias.
- Toda la caja debe ser hermética.
- En función de los requisitos de sintonización, añada adecuadamente material fonoabsorbente en el interior.
Diseño de disipación térmica
Todo el producto presenta un diseño cilíndrico. El producto adopta una disposición modular con unidades generadoras de calor distribuidas (véase el diagrama de apilamiento del producto más abajo). Las unidades principales de generación de calor están provistas de orificios de ventilación para mejorar la convección térmica. Si un módulo local genera un calor excesivo, se pueden emplear soluciones como acoplar un disipador al chip o utilizar una combinación de silicona conductora térmica y una placa de refrigeración para disipar el calor.
| No. | Descripción del módulo | Componentes | Componente |
|---|---|---|---|
| 1 | Módulo de captación, circuitos de teclas | Varias antenas y cables de conexión | Respirar la luz |
| 2 | Wi-Fi y otros módulos de subplaca | ||
| 3 | Conjunto acústico del altavoz | ||
| 4 | Placa de control principal, circuito amplificador |
Ilustración simplificada del apilamiento estructural del producto Nota: Los números del 1 al 4 indican el orden de arriba a abajo. La antena se apila según el esquema de diseño y los requisitos de adaptación. La luz de respiración se apila según su definición funcional y el diagrama de efectos.
Diseño Breathing Light
En función del efecto del diseño industrial, se determina el número de luces necesario. A continuación, se finaliza el esquema de diseño del hardware en función de los parámetros eléctricos de cada luz y del diagrama de disposición. Las aplicaciones más comunes en la actualidad incluyen: Para un número relativamente pequeño de luces, se utilizan generalmente para iluminación de acento o efectos indicadores. Para entre 3 y 12 luces RGB, se suelen utilizar para crear efectos de iluminación en áreas específicas, como círculos, alrededor de la periferia o a lo largo de los bordes, etc. Pueden combinarse con acciones de producto para crear efectos de respiración o de luces intermitentes. Para un mayor número de luces, se suele utilizar una disposición matricial. Se emplean configuraciones más complejas o matrices de LED para mostrar animaciones, información de imágenes, etc.
10 diseños creativos de altavoces
Veamos ahora algunos de los diseños de audio más imaginativos.
1. Altavoz Mobius L50
El Mobius L50 dispersa la música por todo el espectro de frecuencias, llenando el entorno de un sonido profundo y envolvente.
Inspirado en la elegancia matemática de la banda de Möbius, su forma continua y sin fisuras simboliza la fluidez del sonido en movimiento a través del espacio. Se trata de un altavoz diseñado no sólo para reproducir música, sino para mejorar nuestra experiencia sonora.
Fuente del diseño: Przemysław Wolnicki
2. Reproductor de música por satélite multifunción
Satellite es un objeto sonoro que funciona tanto como auricular como altavoz. Está diseñado para adaptarse a estas diferentes situaciones, mejorando tu experiencia musical. Por ejemplo, cuando caminas solo por una ciudad ruidosa, funciona como auriculares. En momentos compartidos con otras personas, se transforma en un altavoz. Es como un satélite, orbitando constantemente alrededor de un planeta, que en este caso, eres tú.
Fuente del diseño: Changhwi Kim
3. Altavoz Beosound 2
El altavoz Beosound 2 tiene una gran apariencia, ya que evita la tradicional forma cilíndrica. Además, el altavoz cónico de 360 grados está fabricado íntegramente en aluminio, pulido hasta alcanzar un brillo resplandeciente, lo que le confiere un acabado lustroso. Ya posee un impacto asombroso, pero Bang & Olufsen creía que sin duda se podía hacer mejor.
Utiliza el vínculo entre sonido, emoción y color. La serie Beosound 2 Gradient le ofrece una mezcla de colores que se funden suavemente entre sí, de forma parecida a cómo las emociones y la música pasan de un momento a otro. La serie tiene “colores” como Brown Baritone, Jelly Jam, Electric Riff y otros sentimientos que el sonido puede expresar. Puede que te preguntes si estas ideas coinciden realmente con lo que crees que son esos sentimientos. Pero no hay duda de que cuando vea su aspecto especial, le harán sentir algo.
Fuente del diseño: Bang & Olufsen
04. Mini altavoz retro “Vinilo
Este diseño aúna función y forma. Toma el aspecto y le da vida. Recupera sensaciones de la vieja escuela y te permite experimentar un ritmo de vida más pausado.
Fuente del diseño: Jon Lee
05. Retro Camping Lantern Speaker
Está hecho para acampar. Su pequeño tamaño facilita su transporte. Pone un altavoz y una luz en un solo diseño, lo que lo convierte en la herramienta perfecta para las vibraciones del camping. La luz de estilo antiguo, como una bombilla clásica, realmente contribuye a ese ambiente superfuerte. Es prácticamente imprescindible para cualquier acampada.
Fuente del diseño: Saichuang Design
06. Beetle Speaker
El clásico Escarabajo es esa “pequeña monada” que la mayoría de la gente recuerda. Su forma suave y compacta es famosa en todo el mundo. El diseño de este altavoz toma las líneas curvas especiales del coche Escarabajo. Utiliza colores anticuados para mostrar su estilo retro.
Fuente del diseño: CiCi
07. Altavoz Bluetooth portátil
Este producto rompe los límites habituales del tamaño y de lo que uno espera. Ofrece a la gente una opción: un altavoz que funciona bien en un sitio, pero que también es adecuado para llevar encima, e incluso hace más cosas.
Fuente del diseño: Shantanu Maheshwari
08. Blinds Speaker
Se trata de un altavoz Bluetooth integrado en unas persianas. Gira la tapa superior para cambiar el volumen, y las persianas del cuerpo también giran. Si la subes, las persianas se abren más, como si la música entrara a través de ellas. Permite cambiar el volumen y disfrutar de la música de una forma mucho más divertida.
09. Altavoz 360 grados Perfect Sound
Este producto tiene una forma cúbica menos común. Las líneas son limpias y suaves, lo que le da un aspecto sencillo y moderno, y tiene un sonido perfecto de 360 grados. En comparación con los habituales altavoces redondos o en forma de tubo, esta forma se asienta con más firmeza y encaja a la perfección en un hogar de estilo moderno y sencillo.
Fuente del diseño: Muhammet Uzuntaş
10. Altavoz Bluetooth con mancuernas
Tiene una nueva forma de mancuerna que resulta deportiva y tecnológica a la vez. Su aspecto es único y fácil de reconocer. Encaja en lugares como el gimnasio. El diseño es fresco y rompe con el aspecto habitual de los altavoces.
Fuente del diseño: Shang Jingli
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