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Volumen del recinto para subwoofer

Calcula el volumen óptimo de la caja del subwoofer (sellada y con reflex) y la frecuencia de sintonía del reflex a partir de los parámetros Thiele-Small.

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Fórmula

Vb=Vas/((Qtc/Qts)2−1)[sealed]Vb = Vas / ((Qtc/Qts)² − 1) [sealed]
Vas— Volumen de cumplimiento equivalente (L)
Qtc— Caja objetivo Q (0.707 Butterworth)

Cómo Funciona

Esta calculadora determina el volumen óptimo de la carcasa para los controladores de subwoofer mediante los parámetros de Thiele-Small. Los diseñadores de altavoces, los instaladores de sistemas de audio para automóviles y los fabricantes de sistemas de sonido caseros la utilizan para diseñar cajas selladas y ventiladas que se ajusten a las características del controlador para la respuesta de frecuencia objetivo. Los tres parámetros T/S clave son: Fs (resonancia al aire libre, normalmente de 20 a 50 Hz en los subwoofers), Qts (factor Q total, 0,2-1,2) y Vas (volumen de aire equivalente, de 10 a 200 L). En el caso de las cajas selladas que buscan la respuesta de Butterworth (Qtc=0,707), el volumen es Vb = Vas/ ((Qtc/Qts) ^2 - 1) por Small (1973). Los parámetros de los altavoces Thiele-Small están estandarizados en la norma IEC 60268-5 y fueron la base del «manual de diseño de altavoces» de Vance Dickason (7ª edición), la principal referencia para el diseño de carcasas hechas por ti mismo. El punto de -3 dB es F3 = Fs* (Qtc/Qts). < 0.4 suit vented enclosures (extended bass, steep rolloff); Qts 0.4-0.7 suit sealed boxes (controlled transient response); Qts >Según un estudio de Thiele/Small, los conductores con un Qts 0.7 son idóneos para aplicaciones de aire libre o con deflectores infinitos. El software de simulación moderno (WinISD, Hornresp, REW) amplía estas fórmulas para incluir las pérdidas de puertos, la falta de linealidad de los conductores y la ganancia de espacio.

Ejemplo Resuelto

Problema: Diseñe carcasas selladas y ventiladas para un subwoofer de 12 pulgadas con Fs = 28 Hz, Qts = 0.38, Vas = 85 L.

Caja sellada (alineación Butterworth, Qtc = 0,707):

  1. Volumen: Vb = 85/ ((0.707/0.38) ^2 - 1) = 85/ (3.46 - 1) = 85/2.46 = 34.6 L netos
  2. Sistema F3: F3 = 28* (0.707/0.38) = 28*1,86 = 52,1 Hz (-3 dB punto)
  3. Verificación del Qtc del sistema: Qtc = Qts*sqrt (Vas/Vb + 1) = 0.38*sqrt (85/34.6 + 1) = 0.707 (confirmado)
  4. Añada un 15% para el arriostramiento o el desplazamiento del conductor: 34,6 x 1,15 = 39,8 L de volumen interno bruto
  5. Disminución: -12 dB/octava por debajo de F3 (característica de sellado)
Caja ventilada (casi Butterworth, alineación B4):
  1. Volumen (empírico): Vb = 15*Qts^2,87*Vas = 15* (0,38) ^2,87*85 = 15*0,063*85 = 80,3 L
  2. Sintonización de puertos: Fb = 0,42*Qts^-0,9*Fs = 0,42* (0,38) ^-0,9*28 = 0,42*2,35*28 = 27,6 Hz
  3. F3 aproximadamente: ~25 Hz (una octava más baja que la sellada)
  4. Disminución: -24 dB/octava por debajo de Fb (característica de ventilación)
  5. Dimensiones del puerto (redondo, 4 pulgadas de diámetro): Lv = (23562*D^2)/(Fb^2*Vb) - 0.79*D = 15.2 cm
Comparación: La ventilación proporciona una extensión 27 Hz más profunda, pero requiere un volumen 2,3 veces mayor y tiene una inclinación subsónica más pronunciada que protege las excursiones del conductor.

Consejos Prácticos

  • ✓Agregue entre un 15 y un 20% a la Vb neta calculada para los arriostramientos internos, el desplazamiento del conductor y el material de amortiguación. Mida con precisión el volumen de la caja terminada: llénela con cacahuetes para empacar, retírela y mídala, o calcule partiendo de las dimensiones interiores menos las estructuras. Según las directrices de Parts Express, la incertidumbre interna sobre el volumen debe ser inferior al 5%.
  • ✓Cubra las cajas selladas con espuma acústica de 25-50 mm o relleno de fibra de poliéster (sin apretar). Esto «estira acústicamente» la caja entre un 15 y un 25%; una caja rellena de 30 L se comporta como 35 L sin rellenar. La amortiguación también absorbe las ondas estacionarias que causan una coloración de rango medio. Según Dickason, utilice una densidad de llenado de 0,5-1 lb/ft^3 (8-16 kg/m^3).
  • ✓Para cajas ventiladas, calcule la longitud del puerto usando Lv = (23562*D^2)/(Fb^2*Vb) - 0.73*D para los puertos redondos (D = diámetro en cm, Vb en L, Fb en Hz). Incluye una corrección de extremo de 0,73*D por cada extremo abierto. Los puertos ensanchados (PSP, puertos Precision) reducen el ruido de turbulencia entre 6 y 10 dB y permiten un SPL entre un 20 y un 30% más alto antes de rozar en comparación con los tubos rectos.
  • ✓Verifique el diseño con un software de simulación gratuito antes de construir: WinISD (Windows, el más completo), Hornresp (especializado en trompetas y pasos de banda), REW (medición y modelado básico). Introduzca los parámetros T/S del conductor y compare la respuesta prevista con el objetivo. Ajuste Vb y Fb de forma iterativa para obtener una respuesta más uniforme en la habitación, teniendo en cuenta el aumento de espacio.

Errores Comunes

  • ✗Si se utiliza el volumen bruto de la caja en lugar del volumen interno neto, se deben restar el desplazamiento del conductor (0,5 a 2 L para 12 pulgadas), el tubo de orificio (0,5 a 1 L) y los tirantes (del 5 al 15% del volumen). Una caja de 50 litros brutos puede tener solo un volumen neto de 42 litros, lo que hace que F3 suba entre un 8 y un 10% y cambie el sistema P. Según el manual de diseño de altavoces de Vance Dickason, especifique siempre el volumen neto.
  • ✗Aplicación de fórmulas simplificadas a los controladores con QTS altos: las fórmulas asumen que los Qts son inferiores a 0,7 para los sellados y los Qts < 0,5 para los ventilados. Aplicación de fórmulas simplificadas a controladores de QTS altos: las fórmulas asumen que los Qts < 0.7 para los sellados y que los Qts 0.7 producen una respuesta máxima (Qtc > 1) en las carcasas convencionales. El software de simulación (WinISD, Hornresp) es esencial para los controladores con un QTS alto que requieren alineaciones o ecualizaciones alternativas.
  • ✗Construir cajas ventiladas sin comprobar la velocidad del puerto: en la excursión máxima, la velocidad del aire a babor debe mantenerse por debajo de los 17 m/s para evitar el ruido de turbulencia («ruido del puerto»). Un puerto de 4 pulgadas en 80 L ajustado a 28 Hz con una entrada de 500 W puede superar los 25 m/s. Aumente el diámetro del puerto o utilice varios puertos. Según las directrices de Meyer Sound, el objetivo es que el ruido de los puertos sea inaudible entre 10 y 12 m/s.
  • ✗Ignorar la ganancia de espacio en habitaciones pequeñas: las habitaciones proporcionan un aumento de +3 a +12 dB por debajo de los 80 Hz, según la ubicación del subwoofer en relación con las paredes (refuerzo de los límites). Una caja sellada con F3 = 50 Hz en una habitación puede medir con eficacia F3 = 35 Hz con una ganancia de espacio de 9 dB si se coloca en una esquina. Modele con la ganancia de espacio o mida en una habitación para predecir la respuesta con precisión.

Preguntas Frecuentes

Las cajas selladas son más sencillas, más pequeñas (normalmente entre el 30 y el 60% del volumen ventilado) y se enrollan suavemente a -12 dB/octava por debajo de F3, lo que es seguro para el conductor a frecuencias subsónicas. Las cajas ventiladas (con puerto) utilizan la resonancia de Helmholtz para extender la respuesta de los graves entre 0,5 y 1 octava, pero la disminuyen bruscamente a -24 dB/octava por debajo de la afinación del puerto, lo que requiere un filtrado de paso alto para evitar la sobreexcursión. Según una investigación de Thiele/Small, las cajas selladas proporcionan una respuesta transitoria más ajustada (retraso de grupo < 10 ms), mientras que las cajas ventiladas proporcionan una mayor eficiencia (+3-6 dB) en la banda de paso, a costa de un retraso de grupo de 15 a 25 ms cerca del ajuste del puerto.
Recomendaciones de alineación según Small (1973): Qts < 0.35: se prefiere la alineación ventilada (con puertos), la alta amortiguación se beneficia de la contribución del puerto. Qts de 0,35 a 0,50: tanto sellados como ventilados funcionan bien, la ventilación proporciona una mayor extensión. Qts 0.50-0.70: alineación sellada óptima, una amortiguación moderada se adapta a la respuesta sellada de Butterworth. Qts > 0.70: el controlador está subamortiguado; las cajas selladas producen una respuesta máxima (boom), lo que dificulta la alineación de la ventilación. Considere la posibilidad de utilizar un deflector infinito, una ecualización o un controlador alternativo. La mayoría de los controladores de subwoofer de calidad para automóviles y hogares utilizan Qts de 0,35 a 0,55 para ofrecer flexibilidad en la carcasa.
Sí, las ecuaciones Thiele/Small se aplican a cualquier altavoz de bobina móvil. Para los midwoofers (Fs = 40-80 Hz, Vas más pequeños), se aplica la misma fórmula de Vb. Las cajas selladas resultantes son más pequeñas (normalmente de 5 a 15 litros en el caso de un midwoofer de 6,5 pulgadas) con un F3 más alto (normalmente entre 80 y 150 Hz). Según las notas de aplicación de Parts Express y Madisound, los parámetros T/S de los midwoofers se miden de forma idéntica a los de los subwoofers. En el caso de los altavoces de gama completa en cajas pequeñas selladas, compruebe que el Qtc no supere el 1,0 para evitar una respuesta ruidosa.

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