Construcción de subwoofer JBL

En esta entrada voy a describir el diseño y construcción del subwoofer que actualmente estoy utilizando. Las premisas de las que partí son:

• No voy a demandarle niveles elevadísimos de presión acústica, pues su uso será en un sala no dedicada. Pero si quería que pudiese llegar a los 25Hz sin esfuerzo, y que quede margen de SPL útil.
• Su uso será para más para cine que para música, pero un quiero un grave controlado y con calidad, que sea perfectamente válido para ambos.
• Parto de unas dimensiones máximas en la cuál iría ubicado. 

El primer planteamiento en estos casos siempre suele ser...¿cerrado o reflex? Un diseño en reflex podría ser muy adecuado para cine, con mayor rendimiento, es lo que normalmente se suele recomendar. Sin embargo, mis experiencias anteriores con recintos cerrados ecualizados me gustaron tanto, que me plantee...¿Por que no hacerlo igual, pero en grande? ¿Podríamos conseguir un diseño de dimensiones más compactas que su equivalente en reflex con una buena extensión de graves y la calidad de grave del recinto cerrado? Y así nació este proyecto.

En la entrada anterior hablé un poco sobre las características de esta ecualización, y que ya no repetiré aquí. En primer lugar necesitábamos un altavoz adecuado.

• Para reproducir bajas frecuencias cuanta más superficie tenga el driver, menos desplazamiento necesitará y por norma general tendremos unas cifras de distorsión mejores. Podemos usar más de un altavoz para ello.
• La ecualización de linkwitz causará que cada 6dB de ecualización el cono se desplace el doble. Por tanto necesitamos un altavoz con bastante Xmax
• Por el mismo motivo cada 6dB se necesitará 4 veces mas de potencia. El altavoz debe ser capaz de soportarla.
• La frecuencia de resonancia debe ser lo más baja posible, para utilizar la menor corrección posible,.
• La sensibilidad debe ser lo más alta posible, lo que hará que necesitemos menos potencia para producir la misma presión

En un mundo real, hay que llegar a un compromiso entre estas premisas, pero es importante tenerlas en cuenta. El elegido finalmente fue el JBL W15GTI, que es la versión para car audio ya descatalogada del JBL 2256G usado en profesional. Ambos modelos son exactamente iguales, solo cambia el guardapolvos que incluye las siglas de JBL en el primero de ellos.

JBL W15GTI camino a casa

Veamos que lo hacen interesante para este proyecto:

• Es de 15'' lo que proporciona una buena superficie de radiación. Es el más grande de su familia, disponible también en 12" y en 10".
• Tiene un Xmax de 20,32mm, lo que hacen mas de 40mm de desplazamiento de extremo a extremo.
• Gran capacidad de potencia admisible.
• La frecuencia de resonancia (Fs) es suficientemente baja, 25,20Hz
• La sensibilidad es excepcionalmente alta debido a la construcción del motor, 92dB, algo de lo que suelen pecar gran parte de los subwoofer con bajas Fs, sobre todo los de car audio.
• Sus parámetros T/S hacen que tenga una Fc aceptable en un recinto cerrado de dimensiones compactas para su tamaño.

Además de eso, cabe mencionar:

• La calidad de la construcción es impecable
• El chasis de aluminio fundido refrigerado
• El motor usa la tecnología DDD (Differential Drive® Design) con doble bobina, que aporta mejoras en la respuesta en frecuencia, potencia y distorsión respecto a un diseño convencional. Aún siendo un motor de neodimio, el tamaño es enorme, de ahí los 22Kg de peso.

Cálculo del recinto

En este punto hay que analizar y calcular el recinto para el altavoz seleccionado. Se realizará un primer análisis con WinISD. Se establecerá el volumen de la caja, la ecualización necesaria y los limites del diseño para satisfacer los requisitos establecidos.

En las siguientes líneas veremos la simulación de este driver dentro de una caja cerrada de 61 litros. Estos litros son los que he encontrado como compromiso entre tamaño y extensión.

F(-3dB) = 38,5Hz
Max potencia admisible antes de limite mecánico: 1000W RMS
Max SPL: 118dB

Son unas cifras muy buenas para el tamaño de la caja, y desde luego el max SPL asi como la potencia admisible son muy elevadas para un entorno doméstico. Su F(-3dB) no esta nada mal para ser una caja cerrada, y con colocación acertada para aprovechar el room gain de la sala es posible su uso sin ecualización alguna. Sin embargo, lo que pretendo es sacrificar esa presión máxima innecesaria en el entorno donde se va a usar por mayor profundidad en graves, con una transformada de Linkwitz. Veamos la simulación para bajar a 25Hz

F(-3dB) = 25Hz
Max potencia admisible antes de limite mecánico: 1000W RMS
Max SPL: 110dB

Las cifras son más que aceptables. Hemos reducido el SPL máx a 110dB. Pero pensemos que como referencia, de media una discoteca puede andar entre los 110-115. Seguiremos necesitando cerca de 1000W de amplificación para alcanzarlos, pero esto en la práctica es mucho menor, pues el pico de consumo se produce por debajo de los 20Hz tal y como se puede ver en la tercera gráfica. Además no olvidemos que estas simulaciones son en condiciones anaecoicas. En una habitación, con la colocación adecuada, la ganancia de la sala hará que necesitemos como norma general menos corrección.

Diseño

Una vez hemos finalizados los cálculos, se procede con el diseño del recinto. Para esta tarea he empleado Solidworks. El material empleado es MDF de 30mm para todas las caras, excepto el frontal que será de 40mm de espesor. Se disponen también unos refuerzos internos para añadir rigidez al conjunto. Se diseñan también unos soportes regulables en acero inoxidable. Para el relleno interior usaremos fibra sintética.

Construcción

Para la construcción se procedió a cortar y ensamblar los tableros según las medidas del diseño. El alojamiento del woofer se realizó con una fresadora, asi como los chaflanes perimetrales del frontal. Para el acabado se siguió el estilo de las cajas principales, chapilla de madera natural de cerezo para todas las caras, excepto el frontal que se pintó con laca satinada a pistola. La unión entre ambos acabados se remató con un fresado de 3mm en toda su longitud.

Primer ensamblaje del cuerpo

Refuerzos internos

Proceso de fresado del frontal

Fresado terminado

Tuercas métricas interiores y espigas para la unión

Frontal ensamblado

Interior sellado

Fresado de de 3mm perimetral

Chaflanes del frontal

Rejilla de protección

Chapado en cerezo

Chapado en cerezo

Huecos para tacos plásticos soportes de rejilla

Rejilla terminada

Frontal lacado

Cables de conexión Neutrik a banana hechos a medida

Amplificación

Este tipo de diseños son, bajo mi punto de vista más exigentes con la amplificación. No solo por potencia, sino que ese desplazamiento extra que produce la ecualización hace que se ponga a prueba el control de graves de la electrónica. Normalmente suelo buscar etapas con un alto factor de amortiguamiento. Hasta la fecha he obtenido buenos resultados con las etapas que restauré PC2602M y P-2200 así como con un amplificador clase D que construí con módulos ColdAmp.

Pruebas y ajustes

Una vez finalizado, se colocó en su posición y se probó que la ecualización calculada era correcta, así como los parámetros iniciales de cálculo. Este paso debe realizarse siempre y servirá de comprobación de cuan fiables son los parámetros T/S del fabricante. Una vez terminado, se midió en el sitio de escucha y se corrigieron los modos de la sala con ecualización activa.

Conclusiones

El resultado obtenido sobrepasó todas las expectativas. Tanto en calidad como en cantidad. En cine, donde el contenido en baja frecuencia es muy superior, literalmente se puede sentir la presión a unos niveles muy por encima de lo que me había marcado, sin el más mínimo síntoma de estrés. En música el grave es profundo y muy controlado.