Bobinas de choque para altavoces
Si se desea mantener los tonos o frecuencias agudos alejados de los altavoces de medios y woofers porque ya no deben transmitirlos, entonces se introduce una bobina en su recorrido de señal. Este tipo de bobinas de choque están formadas por alambre de cobre fuertemente enrollado y recubierto de barniz aislante, y reducen la corriente alterna que las atraviesa en función de su frecuencia. El aumento de la resistencia a altas frecuencias se debe al campo magnético que todo conductor eléctrico crea a su alrededor cuando circula corriente por él. Cuando cambia el flujo de corriente, el campo magnético induce una tensión opuesta en el conductor, como el cable de la bobina. Si por él circula corriente alterna, su flujo cambia al mismo tiempo que la frecuencia, y a medida que ésta aumenta, la contratensión inducida aumenta y con ella la resistencia del conductor o alambre de la bobina.
Esta propiedad, conocida como inductancia, aumenta en las bobinas con el número de arrollamientos. La unidad de medida de la inductancia, que toma su nombre de un físico estadounidense, es Henry (H), pero para los altavoces sólo se necesitan milésimas de ésta, por lo que se denomina mili Henry (mH). Para limitar el campo de aplicación de los altavoces de medios o woofers a frecuencias más altas, la inductancia necesaria se calcula mediante la siguiente ecuación:
mH
L representa la inductancia de bobina necesaria, Z la impedancia del altavoz en ohmios, Pi el número de círculo 3,14 y fc la frecuencia de cruce deseada en hercios, a la que la atenuación de nivel ya es de 3 dB.
Ejemplo: Un woofer con una impedancia o resistencia nominal de 8 ohmios, que sólo se va a utilizar hasta 300 Hz, requiere por tanto una bobina de aprox. 4,3 mili Henry.
Efecto típico de una bobina de choque sobre el nivel (en decibelios) y la resistencia de CA (en ohmios) en función de la frecuencia de la corriente alterna (en hercios).
Sin embargo, su inductancia es sólo uno de los efectos de las bobinas de choque, y para encontrar la bobina óptima para el propósito respectivo, también ayuda conocer las propiedades que pueden afectar a la capacidad de carga, el sonido y el precio de las bobinas.
Impedancia de la bobina
La impedancia total de una bobina se compone principalmente de la resistencia a la corriente continua y alterna, aumentando esta última al aumentar la frecuencia y la inductancia de la bobina. La corriente alterna o
reactancia de una bobina no es una variable fija y fácil de calcular debido a los desfases entre corriente y tensión. Más bien viene determinada por todas las resistencias de la cadena de medición, es decir, por las bobinas de voz del chasis del altavoz, por las resistencias fijas del crossover y por las resistencias de pérdida de las conexiones de los cables entre el amplificador y los altavoces.
Resistencia de corriente continua
La resistencia óhmica y no inductiva del largo hilo de cobre de una bobina de choque reduce la corriente conducida al altavoz independientemente de la frecuencia y provoca una pérdida de potencia. Si la resistencia de corriente continua es el 20 % de la impedancia del altavoz, un tercio de la potencia del amplificador suministrada se quema literalmente en el hilo de la bobina. De 100 vatios, sólo quedan unos 65 vatios, lo que es claramente audible. Para que siga siendo inaudible, la resistencia de CC de una bobina no debe ser superior al 10% de la impedancia del altavoz, es decir, 0,8 ohmios cuando se utilizan altavoces de 8 ohmios. Pero, además, están las pérdidas del cable de un metro de longitud entre el amplificador y el altavoz, así como las resistencias de transición, que suelen pasar desapercibidas, en los terminales de las salidas del amplificador, los extremos oxidados del cable o los enchufes y los terminales de los altavoces.
Si realmente quiere minimizar las pérdidas, debería limpiar las conexiones y los contactos de los cables de vez en cuando y sólo permitir una resistencia de CC de unos 0,4 ohmios en las bobinas de choque situadas delante de los woofers. ¿Pero cómo se consigue esto?
Un cable más grueso reduce la resistencia de CC de una bobina. Utilizando espesores entre 1,6 y 0,8 mm, el diagrama (2) ilustra la relación utilizando el ejemplo de una bobina de choque con una inductancia de 1,0 mH. La curva inferior ya indica que las llamadas bobinas de núcleo tienen resistencias a la pérdida mucho más bajas.
Las inductancias grandes requieren más bobinados y un hilo más largo que las pequeñas, ya que para duplicar la inductancia del mismo tipo de bobina, el número de bobinados debe aumentarse en la raíz cuadrada de 2, es decir, 1,41 veces. Las bobinas convencionales con núcleo de aire y alambre de cobre de 2 mm de grosor sólo rebajan los 0,4 ohmios que se persiguen aquí hasta una inductancia de 4 mH y siguen siendo bastante grandes, pesadas y caras.
En cambio, las bobinas con núcleo tienen una longitud de hilo más corta y, por tanto, menos pérdidas que las bobinas con núcleo de aire, como muestra el diagrama (3).
Características especiales de las bobinas con núcleo
El material magnetizable dentro o alrededor de la bobina multiplica su inductancia, por lo que el hilo puede ser más corto que el de una bobina con núcleo de aire para conseguir la misma inductancia. Existen básicamente tres tipos diferentes de núcleo:
Losnúcleos de ferrita (ferrobarras), hechos de cerámica magnetizable pero eléctricamente no conductora,
Losnúcleos de polvo, hechos de polvo de hierro, que se mantienen permanentemente en forma mediante agentes aglutinantes,
Núcleos de corobarhechos de una mezcla de polvo cristalino.
Núcleos detransformador fabricados con tiras de chapa laminada, compuestas principalmente de hierro. Desde el punto de vista magnético, los núcleos de transformador son mucho más eficaces que los de ferrita, pero también son más pesados y 
más caros.
Uno de los puntos débiles de las bobinas de núcleo reside en su llamada remanencia, una especie de efecto memoria de los materiales magnetizables: si la bobina de alambre de cobre por la que circula la corriente ha magnetizado el núcleo de la bobina, éste conserva parte de su magnetización incluso después de que haya cesado la excitación. Esto provoca distorsiones no lineales, especialmente en forma de K3, lo que significa que las bobinas de núcleo 
añaden un porcentaje de tres veces la frecuencia a las señales de corriente alterna
que fluyen a través de ellas. Los altavoces también producen K3, especialmente en la gama de graves, que puede subir por encima del 5% a niveles altos y frecuencias muy bajas, pero rara vez supera el 1% en la gama alta de graves. Si es posible, las bobinas de choque no deberían añadir más distorsión. A niveles de potencia de amplificador 
de menos de 50 vatios, las bobinas con núcleo de ferrita típicas son modestas, con apenas más del 0,1 % de distorsión fundamental, las bobinas con núcleo de transformador suelen rondar el 0,3 % y las bobinas con núcleo de polvo se sitúan en algún punto intermedio. Estos valores no son alarmantes. Sólo las bobinas con núcleo de transformador con los llamados núcleos EI recortados a baja pérdida (cero ohmios) generan un K3 inaceptable de hasta el 1% incluso a los niveles de potencia más bajos. Un 1% de K3 ya puede ser audible y representa el límite de lo aceptable: la distorsión de la bobina nunca debería superar este valor, pero lo hará si las corrientes son demasiado altas. La capacidad limitada de las bobinas de núcleo para procesar corrientes arbitrariamente altas sin quejarse está relacionada con el fenómeno de la saturación.
Saturación del núcleo
A medida que aumenta el flujo de corriente, el campo magnético generado alrededor de las bobinas se intensifica. Sin embargo, los materiales del núcleo sólo admiten una intensidad de campo magnético máxima hasta que se saturan y ya no pueden mantenerla. Las aleaciones de hierro pueden soportar intensidades de campo entre cinco y diez veces superiores a las de las ferritas. Más allá del límite de saturación, las distorsiones de muchas bobinas de núcleo se disparan.
Saturación e impedancia
Los altavoces con una impedancia de 4 ohmios consumen el doble de corriente del amplificador que los altavoces de 8 ohmios con el mismo ajuste de control de volumen. Sin embargo, las bobinas de choque situadas delante de woofers con 4 ohmios saturan con la mitad de potencia. Por supuesto, esto también se aplica a dos altavoces de graves conectados en paralelo, cada uno con 8 ohmios. Dependiendo del diseño del crossover, la impedancia puede caer muy por debajo de 8 ohmios incluso con un solo woofer de 8 ohmios en los graves y requerir una bobina más potente. Por otro lado, con la mitad de impedancia del altavoz, sólo se necesita la mitad de inductancia para conseguir la misma atenuación de las frecuencias más altas, por ejemplo de 2,2 a 2,7 mH en lugar de 4,7 mH. El límite de saturación de las bobinas como la potencia máxima admisible del amplificador en vatios para un 1% de K3 sigue siendo el mismo en última instancia si la impedancia y la inductancia se reducen a la mitad o se duplican juntas. A modo de recordatorio: 1% K3 significa que a la señal original se le añade un uno por ciento de tres veces la frecuencia, lo que puede ser audible.
Saturación y frecuencia
Resonancias mecánicas de la bobina
El alambre de la bobina, pero también los núcleos de ferrita o hierro, pueden empezar a vibrar mecánicamente y provocar resonancias de la bobina, normalmente a frecuencias medias o altas. El pegado, la unión o la impregnación en resina sintética pueden reducir significativamente las vibraciones no deseadas en los bobinados.
Microfonía
Las ondas de presión generadas por el altavoz en el recinto hacen vibrar el crossover y sus componentes, lo que puede afectar al procesamiento de la señal y al sonido. Una subcarcasa para la red de cruce, es decir, una pequeña carcasa independiente en la propia caja del altavoz, así como el pegado, la unión y el atornillado de los componentes y la placa de circuitos pueden ayudar a evitarlo.
Corrientes parásitas
En los materiales conductores de la electricidad, como el hierro, los campos magnéticos generan corrientes eléctricas, las llamadas corrientes de Foucault. Por desgracia, estas corrientes influyen en las propiedades magnéticas del material. En las bobinas, esto provocaría pérdidas y distorsiones. Para contrarrestarlo, en las bobinas de los núcleos de los transformadores se superponen finas tiras de chapa aisladas eléctricamente entre sí. En cambio, en los núcleos de polvo (Corobar, Ferrobar), el aglutinante aísla eléctricamente las partículas de hierro entre sí y reduce la formación de corrientes parásitas. En cambio, los núcleos de ferrita (Ferrobar) no son conductores de la electricidad y no producen distorsiones por corrientes parásitas.
¿Cuántos vatios pueden soportar?
Para saber cuánta potencia puede esperar de las distintas bobinas de núcleo, puede medir su límite de saturación para un 1% de K3. Para ello, hemos utilizado varias versiones con 4,7 mH, una inductancia típica para altavoces de graves en altavoces de tres vías con impedancia de 8 Ohm. El diagrama 8 ilustra el resultado.
La escala de la izquierda muestra la presión sonora en decibelios que cabe esperar de un altavoz de alta fidelidad a un metro de distancia; a la distancia de escucha habitual de tres a cuatro metros, la presión sonora en el salón es, por supuesto, mucho menor.
La escala de la derecha muestra la potencia de saturación calculada en vatios a 8 ohmios y el tipo de bobina.
Las bobinas cuya designación empieza por HQ, DR o P tienen núcleos de ferrobarra de distintos tipos, CO significa bobina con núcleo de polvo de corrobar, TO bobina con núcleo toroidal y las otras, las más potentes, utilizan núcleos de chapa de transformador.
Para los que quieran saber más, la Tabla 1 muestra el voltaje, la corriente y la potencia de amplificación a 8 ohmios que las bobinas con núcleo del Diagrama 8 pueden manejar con baja distorsión a impulsos fuertes.
Tabla 1 Límites de saturación de las bobinas de núcleo con 4,7 mH
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Tipo de bobina |
Rdc Bobina |
Z a 100 Hz (1) |
Tensión para 1% K3 (1) |
Corriente para 1% K3 (2) |
Pmax en 8 Ω (2) |
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Bobinas con núcleo de ferrita |
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HQS 32/26 |
2,31 Ω |
10,83 Ω |
21,5 V |
2,0 A |
32 vatios |
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HQG 52/36 |
0,40 Ω |
8,99 Ω |
29,1 V |
3,3 A |
87 vatios |
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HQ 43/45 |
0,47 Ω |
9,02 Ω |
33,6 V |
3,7 A |
110 vatios |
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HQ 58/46 |
0,19 Ω |
8,81 Ω |
37,5 V |
4,3 A |
148 vatios |
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DR 56/35 |
0,33 Ω |
8,86 Ω |
43,0 V |
4,9 A |
192 vatios |
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HQP 56/35 |
0,47 Ω |
9,02 Ω |
50,6 V |
5,6 A |
251 vatios |
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HQP 62/47 |
0,32 Ω |
9,08 Ω |
50,5 V |
5,6 A |
251 vatios |
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DR 56/61 |
0,21 Ω |
8,97 Ω |
52,5 V |
5,9 A |
278 vatios |
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Bobinas de polvo Corrobar |
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COT 92/39 |
0,55 Ω |
9,31 Ω |
139,4 V |
15,0 A |
1,800 vatios |
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COT 92/39 |
0,52 Ω |
9,10 Ω |
139,4 V |
15,3 A |
1,877 vatios |
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Bobina toroidal Torrobar |
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T 010 |
0,20 Ω |
8,72 Ω |
94,4 V |
10,8 A |
933 vatios |
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Bobinas del transformador |
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I 78 |
0,76 Ω |
9,52 Ω |
74,4 V |
7,8 A |
487 vatios |
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I 96 |
0,58 Ω |
9,08 Ω |
96,4 V |
10,6 A |
899 vatios |
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I 130 |
0,26 Ω |
9,02 Ω |
125,8 V |
13,9 A |
1,546 vatios |
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I 150 |
0,20 Ω |
8,96 Ω |
>141,4 V |
>15,8 A |
>2.000 vatios |
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FE 96 |
0,18 Ω |
8,82 Ω |
141,4 V |
16,0 A |
>2.000 vatios |
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FE 130 |
0,08 Ω |
8,81 Ω |
>141,4 V |
>16,0 A |
>2.000 vatios |
(1) Valores medidos incluyendo 8 Ω de resistencia de carga
(2) Valores calculados a partir de los datos medidos
Incluso las bobinas de núcleo de ferrita baratas de hasta 4,7 mH parecen capaces de soportar mucha potencia, pero hay que tener en cuenta que lo que hay que tener en cuenta aquí no es la potencia continua, sino la potencia de impulsos del amplificador conectado. Los amplificadores pueden suministrar aproximadamente el doble de su potencia continua o nominal durante breves periodos. Los altavoces de graves pueden soportar esos picos de potencia, y las reactancias adecuadas también deberían poder hacerlo.
Procedimiento :
Para determinar los límites de saturación, cada bobina se conectó en serie a una resistencia de 8 ohmios y luego se conectó a la salida del amplificador. La entrada del amplificador recibió una señal sinusoidal a 100 Hz y se aumentó la tensión de salida hasta que el K3 fue exactamente 1,0 %. A continuación se midió la impedancia compleja de la bobina y la resistencia fija a 100 Hz. La corriente de saturación y la correspondiente potencia del amplificador a 8 ohmios se calcularon a partir de la tensión y la impedancia medidas. Para altavoces de 4 ohmios, sin embargo, esta potencia debe reducirse a la mitad.
La siguiente Tabla 2 ayuda a transferir aproximadamente el límite de potencia de las bobinas indicadas en el Diagrama 8 con 4,7 mH a otros inductores del mismo tipo.
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| Tabla 2: Saturación e inductancia del HQP 56/35 | |
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| 1,0 mH | 4,70 x Pmax1 | 1.175 vatios |
| 1,5 mH | 3,13 x Pmax1 | 782 vatios |
| 2,2 mH | 2,14 x Pmax1 | 535 vatios |
| 2,7 mH | 1,74 x Pmax1 | 435 vatios |
| 3,3 mH | 1,42 x Pmax1 | 355 vatios |
| 3,9 mH | 1,21 x Pmax1 | 302 vatios |
| 4,7 mH | ---- x Pmax1 |
250 vatios |
| 5,6 mH | 0,84 x Pmax1 | 210 vatios |
| 6,8 mH | 0,69 x Pmax1 | 172 vatios |
| 8,2 mH | 0,57 x Pmax1 | 142 vatios |
| 10,0 mH | 0,47 x Pmax1 | 117 vatios |
| 15,0 mH | 0,31 x Pmax1 | 77 vatios |
| 22,0 mH | 0,21 x Pmax1 | 52 vatios |
| 27,0 mH | 0,17 x Pmax1 | 42 vatios |
| 33,0 mH | 0,14 x Pmax1 | 35 vatios |
Ejemplo :
Para el tipo de bobina HQP 56/35 con 4,7 mH, se determinó una potencia máxima de 250 vatios para el 1% K3 a 8 ohmios. Por tanto, con sólo 2,7 mH serían posibles 435 vatios, con 8,2 mH sólo 142 vatios. Las bobinas con una inductancia significativamente inferior a la medida (aquí 4,7 mH) suelen tolerar una potencia ligeramente superior a la calculada, mientras que las bobinas con núcleo de ferrita con inductancias superiores (por ejemplo, 10 mH) suelen saturar a una potencia inferior a la prevista.
Excurso: Inductancia frente a saturación
Si se mide la corriente de saturación de un inductor, la corriente máxima (Is2) para el 1% K3 de otros inductores del mismo tipo de bobina puede determinarse aproximadamente como sigue
Is2 = -
Is1 ; Amperio
Introduzca la inductancia de la bobina medida para L1 y su corriente de saturación determinada para Is1, mientras que L2 representa cualquier inductancia del mismo tipo de bobina.
Si la inductancia de una bobina se reduce a la mitad, su corriente de saturación aumenta en la raíz cuadrada de 2 hasta 1,41 veces el valor original. Sin embargo, la práctica demuestra que puede haber una diferencia de más del 10% entre las mediciones y los cálculos. Las bobinas con un núcleo de ferrita suelen soportar menos corriente de la calculada al aumentar la inductancia, mientras que las que tienen un núcleo de polvo o de chapa de transformador suelen tolerar corrientes ligeramente superiores a las calculadas hasta alcanzar la saturación.
El límite de potencia de un inductor más pequeño o más grande puede calcularse aproximadamente de la siguiente manera:
Pmax2 = 
- Pmax1 ; vatio
La inductancia de la bobina medida debe utilizarse para L1 y Pmax1 su límite de potencia determinado, mientras que L2 representa cualquier inductancia del mismo tipo de bobina. En consecuencia, la potencia para una distorsión del 1% se reduce a la mitad cuando se duplica la inductancia.
Además de los inductores con 4,7 mH que figuran en el diagrama 8, también se probaron inductores mayores y menores, así como numerosas bobinas de otros fabricantes. En algunos casos, los resultados fueron sorprendentes: a pesar de tener propiedades ópticas y hápticas similares, algunas sólo toleraban una quinta parte de la potencia de las bobinas aquí enumeradas. La razón principal de ello son probablemente los materiales del núcleo, ya que las propiedades magnéticas de las distintas ferritas, polvos de hierro y chapas de transformador pueden ser mundos aparte, algo que no se puede reconocer a simple vista. Incluso las bobinas de fabricantes alemanes de renombre mostraban puntos débiles, por ejemplo, en que su hilo de cobre se enrollaba simplemente en núcleos en forma de varilla sin un soporte de plástico estabilizador, por lo que puede aflojarse con el tiempo debido a las vibraciones de la caja acústica. Además, los núcleos de hierro no siempre estaban recubiertos de laca para evitar la oxidación.
Recomendaciones para las bobinas
Las pérdidas audibles pueden evitarse eliminando regularmente las capas de óxido y suciedad de todos los puntos de contacto entre el amplificador y el chasis de cada altavoz y seleccionando bobinas de choque para los woofers cuya resistencia de CC no supere el 5 % de la impedancia del altavoz. Los filtros de paso bajo para altavoces de graves en altavoces de tres vías se benefician de las bobinas de núcleo porque son más pequeñas y baratas que las bobinas de núcleo de aire de bajas pérdidas. Sin embargo, esto sólo es aplicable si las bobinas de núcleo no están completamente sobredimensionadas. Si, por el contrario, están subdimensionadas, se producirá una distorsión audible con pulsos potentes. La tabla 3 muestra qué tipo de bobina de Intertechnik es el más adecuado para los woofers de 8 ohmios en cuanto a dimensiones y precio, en función de la inductancia y la potencia. Para altavoces con una impedancia de 4 ohmios, sin embargo, la potencia especificada debe reducirse de nuevo a la mitad.
Tabla 3: Bobinas óptimas con una Rdc de máx. 0,40 Ω
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Inductancia |
Capacidad de carga de impulsos mín.200 vatios a 8 ohmios |
Capacidad de carga de impulsos mín. 500 vatios a 8 ohmios |
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1,5 mH |
HQ 40/30/095 |
I 78/150/095 |
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2,2 mH |
HQ 40/30/095 |
I 78/220/085 |
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2,7 mH |
HQ 40/30/095 |
I 78/270/085 |
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3,3 mH |
HQP 56/3,3/118 |
I 130/3.3/132 |
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3,9 mH |
P 62/390/140 |
I 130/3.9/132 |
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4,7 mH |
P 62/470/140 |
I 130/4.7/132 |
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5,6 mH |
DR 56/5,6/118 |
I 130/5.6/132 |
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6,8 mH |
TO 10/6,8 |
I 150-6,8-160 |
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8,2 mH |
A 10/8,2 |
I 150-8,2-160 |
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10,0 mH |
A 10/10 |
I 150-10-160 |
Bobinas para otras aplicaciones de altavoces
No siempre se conecta una inductancia grande en serie con el woofer, sino a veces también en paralelo con él para suavizar la curva de impedancia en los graves. Esto suele requerir inductancias de más de 10 mH, cuyo límite de saturación debe ser similar al de las bobinas conectadas en serie con el woofer.
Sin embargo, para ello apenas se necesita una resistencia de CC baja, por lo que para la linealización de la impedancia de los woofers se recomiendan los tipos de bobina CO44 y CO55, muy resistentes, de impedancia ligeramente superior y, sobre todo, más baratos.
Los filtros de paso alto para transductores de rango medio también suelen requerir inductancias bastante grandes en paralelo con el chasis del altavoz. Sin embargo, los condensadores previos reducen la energía de graves suministrada, de modo que estas bobinas de rango medio sólo tienen que soportar aproximadamente la mitad que las de los woofers. Además, su resistencia de CC puede superar fácilmente el 5 % de la impedancia del altavoz, lo que facilita mucho la selección de la bobina. La situación es similar con los crossovers para tweeters, en los que los inductores conectados en paralelo al altavoz sólo tienen que manejar corrientes bajas, para las que suelen bastar pequeñas bobinas con núcleo de aire. Sin embargo, cuanto mayor sea la resistencia de CC, mayor deberá ser el diseño de la bobina para minimizar el riesgo de acumulación de calor y la consiguiente fusión del barniz aislante del hilo de cobre. A diferencia de la resistencia inductiva (corriente alterna), la resistencia óhmica (corriente continua) quema literalmente parte de la potencia del amplificador que fluye a través de ella.
Las bobinas con núcleo de aire prácticamente libres de distorsión también son ideales para amortiguar las frecuencias altas en los transductores de rango medio. Sin embargo, para los transductores de graves-medios en sistemas de dos vías, el alambre de las bobinas de aire utilizadas como filtros de paso bajo debe ser lo más grueso y de bajas pérdidas posible para que su resistencia de CC no supere el 5 % de la impedancia del altavoz, porque, en primer lugar, los transductores de graves suelen ser 6 dB más silenciosos en la gama de graves que en la de medios cuando se colocan en un recinto normal en lugar de en una pared enorme, como prefieren los fabricantes para obtener respuestas en frecuencia de folleto. Y en segundo lugar, una resistencia óhmica en serie con el 10% de la impedancia del altavoz ya reduce la potencia disponible del amplificador en una quinta parte, una con el 20% incluso en un tercio.
Berndt Stark
