Carcasas de subwoofer selladas o con puerto: cuándo usarlas

Por qué el diseño de gabinetes es más importante de lo que cree

La mayoría de los aficionados, e incluso algunos ingenieros en activo, tratan el diseño de la carcasa de los subwoofers como una casilla de verificación: coge una hoja de especificaciones del controlador, elige un volumen de la nada, construye una caja y espera que funcione. Luego se sorprenden cuando el bajo suena fuerte, suena demasiado pronto o no tiene potencia.

La verdad es que un controlador de subwoofer por sí solo es inútil. La carcasa es la mitad del sistema, a veces más. El mismo controlador de 12 pulgadas en una caja sellada de 2 pies cúbicos que en una caja con puertos de 4 pies cúbicos sonará completamente diferente. Una será ajustada y controlada; la otra será más ruidosa pero más lenta. Ninguno de los dos está mal; simplemente son diferentes, y elegir el correcto depende de tu aplicación.

Ahí es donde entran en juego los parámetros del controlador. El VA, el QT y el F no son números de marketing, sino que representan la física real del controlador y determinan qué tipo de carcasa hará que suene.

Comprender los tres parámetros clave

Vas: el «cumplimiento aéreo» del conductor

Vas es el volumen equivalente en litros o pies cúbicos. Piénsalo de esta manera: si tuvieras una cámara sellada de volumen Vas, la elasticidad del aire del interior coincidiría con la de la suspensión del conductor. Un VA más alto significa que el conductor cumple mejor las normas; se necesita una caja más grande para controlarlo. Un VA más bajo significa un controlador más rígido; funciona bien en cajas más pequeñas.

Por ejemplo, un altavoz de subwoofer típico de 10 pulgadas puede tener un VA de 40 litros (1,4 pies cúbicos), mientras que un altavoz más grande de 15 pulgadas puede tener 120 litros (4,2 pies cúbicos). Estas no son aleatorias; provienen de las propiedades físicas del cono, el contorno y la araña.

Qts: el factor de amortiguación

El Qts es el Q total, una medida que mide en qué medida la suspensión del conductor y la resistencia de la bobina de voz amortiguan su movimiento. Un Qts bajo (por ejemplo, 0.3) significa que el conductor está muy amortiguado; deja de moverse rápidamente cuando dejas de empujarlo. Un Qts alto (por ejemplo, 0,7) significa que suena más; sigue moviéndose después de que te detengas.

Esto es muy importante para el diseño de la carcasa. Un controlador con un Qts bajo es tolerante y funciona bien en cajas selladas. Un conductor con un Qts alto necesita una caja con puertos para evitar un pico enorme de respuesta justo en el momento de la resonancia.

Fs: La resonancia al aire libre

Fs es la frecuencia con la que el conductor desea oscilar de forma natural cuando no hay ninguna carcasa, solo cuando el conductor está colgado al aire libre. Los controladores de subwoofer típicos oscilan entre 20 Hz y 50 Hz. Un Fs más bajo es mejor para graves profundos; un Fs más alto es mejor para un sonido de graves medios.

Cuando colocas el controlador en una carcasa, la frecuencia de resonancia se desplaza hacia arriba. La frecuencia con la que se desplaza depende del volumen de la caja y de si está sellada o con puerto.

La caja sellada: simple, predecible, hermética

Un gabinete sellado es sencillo: construya una caja, monte el controlador, séllelo herméticamente y listo. El aire del interior actúa como un resorte. Caja más grande = resorte más blando = frecuencia de resonancia más baja. Caja más pequeña = resorte más rígido = frecuencia de resonancia más alta.

La resonancia de la caja sellada viene dada por:

donde $V_b$ es el volumen de la caja. El punto de -3 dB (la frecuencia en la que la respuesta cae 3 dB por debajo del pico) depende de los Qts y de la nueva frecuencia de resonancia.

Las cajas selladas tienen una oscilación suave y predecible por debajo del nivel de resonancia (normalmente alrededor de 12 dB/octava). Si la afinas correctamente, obtendrás una respuesta suave y controlada, sin picos ni caídas. Si lo afinas mal, obtienes un pico de resonancia fuerte o un bajo débil que suena demasiado pronto.

La mayoría de los ingenieros prefieren las cajas selladas para el cine en casa o para escuchar música cuando la precisión es importante. La desventaja es que no se obtienen tantos resultados como con una caja portada del mismo tamaño.

# La caja portátil: más fuerte, pero más complicada

Una caja con orificios (o ventilados) tiene un orificio, normalmente un tubo, que permite que el aire entre y salga. Este orificio tiene su propia frecuencia de resonancia y, cuando se ajusta el puerto a la frecuencia correcta, ocurre algo mágico: el puerto refuerza la salida del controlador en torno a esa frecuencia, lo que proporciona una mayor salida de graves.

Pero hay una trampa. Por debajo de la frecuencia de ajuste del puerto, la respuesta se reduce a 24 dB/octava, el doble de pronunciada que en una caja sellada. Esto significa que si afinas el puerto a 35 Hz pero quieres unos graves profundos de 20 Hz, no tendrás suerte. La respuesta se reduce por debajo de la afinación del puerto.

La frecuencia de ajuste del puerto es:

donde $c$ es la velocidad del sonido, $A$ es el área del puerto, $V_b$ es el volumen de la caja y $L_{eff}$ es la longitud efectiva del puerto (longitud física más correcciones finales).

En la práctica, esto no se calcula partiendo de cero. La calculadora se encarga de ello por ti, pero la idea clave es que las cajas portadas necesitan un ajuste cuidadoso. Si se equivoca una pulgada en la longitud del puerto, su respuesta puede variar unos pocos Hz, lo suficiente como para estropear el sonido.

Un ejemplo real de diseño: un subwoofer de 12 pulgadas

Supongamos que está diseñando un subwoofer para una pequeña sala de cine en casa. Tienes un controlador de 12 pulgadas con estas especificaciones:

• Gas = 75 litros (2,65 pies cúbicos)
• Cuartos de galón = 0.42
• Fs = 28 Hz

Tienes espacio para una caja de aproximadamente 3 pies cúbicos y quieres saber si sería mejor sellar o portar.

Diseño de caja sellada

Usando la fórmula de caja sellada, si construyes una caja de 3 pies cúbicos:

Por lo tanto, la resonancia de la caja pasa de 28 Hz (aire libre) a 38,4 Hz (en la caja). El Qts de 0,42 es relativamente bajo, lo que significa que la respuesta alcanzará un pico suave, alrededor de 38 Hz, y luego disminuirá suavemente por debajo de ese valor.

En el caso de una caja sellada con Qts = 0,42, cabría esperar un punto de -3 dB entre 32 y 35 Hz. Se puede usar para sistemas de cine en casa, pero no es ideal para música con graves profundos.

Diseño de caja portada

Ahora probemos con una caja portada, con los mismos 3 pies cúbicos. La calculadora te dirá que, para obtener una respuesta equilibrada, debes ajustar el puerto entre 32 y 35 Hz. Con ese ajuste, se obtendría un aumento de salida centrado alrededor de 32 a 35 Hz, con una respuesta que se extendería por debajo de la de la caja sellada, pero se reduciría abruptamente por debajo de los 25 Hz.

¿Cuál gana? Si estás viendo películas y quieres unos graves fuertes y controlados, sellados. Si quieres una salida más alta y no te importan las frecuencias por debajo de los 25 Hz, con puerto.

Errores comunes (y cómo evitarlos)

Error 1: ignorar Qts

Con frecuencia, los ingenieros se fijan en los valores VA y F e ignoran por completo los Qts. Esta es una receta para el desastre. Un conductor con un Qts igual a 0,7 en una caja sellada tendrá un pico enorme y feo justo en la frecuencia de resonancia de la caja. Escucharás un estruendo de «una sola nota». El mismo controlador en una caja portada sintonizado a la frecuencia correcta suena genial.

Compruebe siempre el Qts. Si está por encima de 0.6, considere seriamente la posibilidad de realizar la portabilidad. Si está por debajo de 0.35, las cajas selladas funcionan perfectamente.

Error 2: olvidarse de Port Velocity

Cuando diseñas una caja con puertos, debes asegurarte de que el puerto no sea demasiado pequeño. Si el puerto es demasiado pequeño en relación con el volumen de la caja y la frecuencia de afinación, la velocidad del aire dentro del puerto puede superar los 10 a 15 m/s, lo que provoca un ruido de babor: un silbido o silbido, especialmente en materiales con graves pesados.

La mayoría de las calculadoras no te avisan sobre esto. Una buena regla general: para una caja de 3 pies cúbicos afinada a 35 Hz, usa al menos un puerto de 3 pulgadas de diámetro. Para una caja de 5 pies cúbicos, 4 pulgadas. Si utilizas un puerto de ranura, asegúrate de que el área total sea equivalente.

Error 3: subestimar la pérdida de volumen interno

Calculas una caja de 3 pies cúbicos, por lo que construyes una caja con 3 pies cúbicos de espacio interno. Luego, montas el controlador, agregas refuerzos, aislamiento y un tubo de conexión. De repente, su volumen efectivo es de solo 2.7 pies cúbicos. La frecuencia de resonancia aumenta y la afinación se desactiva.

Planifica una pérdida de volumen del 10 al 15% en los componentes internos. Si quieres un volumen acústico de 3 pies cúbicos, construye una caja de 3,4 pies cúbicos.

Error 4: Usar el valor de gas incorrecto

Las especificaciones del controlador varían según el fabricante y, a veces, según las condiciones de prueba. Un conductor puede indicar que Vas tiene 70 litros en una hoja de datos y 75 en otra. Esto no parece mucho, pero puede cambiar la resonancia de una caja sellada entre 1 y 2 Hz.

Si te tomas esto en serio, mide el Vas tú mismo usando el método de masa agregada o con una caja de prueba. La mayoría de los aficionados no lo hacen, pero al menos comprueban la hoja de especificaciones y utilizan el valor del informe real de la prueba del conductor, no el material de marketing.

Error 5: confundir la salida de Ported Box con la precisión

Una caja con puertos es más ruidosa que una caja sellada en su rango de afinación. Algunos ingenieros piensan que «más alto es mejor». No lo es. Si necesitas una respuesta de graves precisa y plana, casi siempre es mejor sellar. Si necesitas el máximo rendimiento en un rango específico (por ejemplo, para películas de acción), la portabilidad gana. Sepa para qué está optimizando.

Cuándo usar la calculadora

Tienes un conductor, tienes limitaciones de espacio y tienes que decidir: ¿sellado o portado? O tal vez quieras explorar ambos y ver cómo sería la respuesta.

Ahí es exactamente cuando coges el volumen de la caja del subwoofer. Conecta Vas, Qts y Fs y obtendrás:

• La recomendación de volumen de una caja sellada
• La recomendación de volumen de las cajas portadas
• La frecuencia de ajuste del puerto
• El punto de -3 dB para el diseño sellado

A partir de ahí, puede tomar una decisión informada. «Este conductor en una caja sellada de 2,5 pies cúbicos tendrá un punto de -3 dB a 30 Hz y la respuesta será fluida». En lugar de «En una caja con puerto de 3 pies cúbicos ajustada a 32 Hz, obtendré más potencia, pero una atenuación más pronunciada por debajo de los 25 Hz».

Luego construyes, mides e iteras. Ese es el verdadero trabajo.

El panorama general

El diseño de la carcasa no es mágico. Es física aplicada: la flexibilidad del conductor y la amortiguación interactúan con el aire de la caja para crear una respuesta del sistema. Si aciertas los números, obtendrás el sonido que deseas. Si los haces mal, te quedas con una caja que suena como una máquina perforadora de cartón.

La calculadora te da el punto de partida. El resto depende de ti: construir con cuidado, medir si puedes y escuchar de manera crítica. La mayor parte de la diferencia entre un subwoofer mediocre y uno excelente no radica en el controlador, sino en la caja.

Pruébalo

¿Tienes una hoja de especificaciones del controlador del subwoofer? Sácalo. Encuentra Vas, Qts y Fs. Dirígete a abre el volumen de la caja del subwoofer y comprueba lo que recomienda. Después, piense en su espacio de escucha, en sus prioridades (la precisión frente a la potencia) y si tiene sentido sellar o portar puertos para su aplicación. Así es como ocurren los diseños reales.