Monitores Scan-Speak

Estos son unos monitores que hice hace unos años. Quería algo decente para escuchar música en la mesa de trabajo, y al mismo tiempo tenia "restos" de otros proyectos. Asi que decidí hacer algo con lo que ya tenía. Las premisas serían:

• Monitores para escucha en campo cercano
• Tamaño compacto
• Extensión en graves decente

Las dos ultimas son un poco contradictorias, pues una es inversamente proporcional a la otra como norma general. Los drivers que seleccioné entre lo que había "en stock" fueron los siguientes:

Medio grave Scan-Speak 15s-8531k01
Tweeter Scan-Speak d2905-930000

Ambos ya los había utilizado en proyectos previos, con buenos resultados. Hablemos del grave. Se trata de un midwoofer de 5¼" que puede funcionar tanto en caja reflex como en cerrada. Cada sistema tiene sus ventajas e inconvenientes, y este no es el sitio para un debate extenso, pero si buscamos algo compacto, y con buena respuesta transitoria, la opción de cerrado cobra peso. Además su respuesta en el extremo inferior desciende con una pendiente de 12dB/octava por debajo de su frecuencia de resonancia, mas suave que en un recinto reflex que lo hace a 24dB/octava,  La desventaja es que un sistema menos eficiente con una extensión en graves menor. Pero esto puede tener solución.

La respuesta de cualquier sistema es ecualizable. Y en esta caso, podemos extenderla mas allá de la frecuencia de resonancia, obteniendo una respuesta en frecuencia como la de un sistema reflex, pero con las ventajas de uno cerrado. Para ello podemos utilizar un circuito llamado transformada de linkwitz, idea del ya fallecido Siegfried Linkwitz. No hay ninguna magia tras esta ecualización, lo que se hace es una compensación precisa de la respuesta del sistema, de forma que se puede crear una nueva Fc y Qtc. Pero por supuesto todo tiene un precio y por tanto es cuestión de compromisos. Cada 6dB de compensación requerirá el cuádruple de potencia del amplificador, y producirá el doble de desplazamiento en el cono respecto al sistema sin ecualizar. Por tanto necesitaremos tener potencia adicional, y un driver con capacidad suficiente de potencia y desplazamiento en el SPL objetivo que deseemos, para tener un THD aceptable o en casos extremos no llegar a su limite mecánico.

Ejemplo de transformada de linkwitz

Este driver en concreto tiene un motor muy bueno, con una gran capacidad de desplazamiento para su tamaño. Como se usará para escucha en campo cercano, los niveles de SPL que se le exigirán no serán demasiado elevados, por lo que tendremos una THD aceptable. Además contaremos con la propia ganancia que la sala nos ofrece y que hará que la ecualización final necesaria sea menor que la teórica en medida anaecoica. Este será por tanto el camino elegido.

Diseño previo

Para el diseño inicial suelo hacer un primer cálculo del volumen del recinto con un software tipo WinISD o similar. Como Scan-Speak publica unos parámetros T/S bastante fiables, son los que utilizaré para este cálculo. Con un cubicaje de solo 7 litros obtenemos una F(-3dB) de 61Hz y un Qtc de 0,8. Utilizando absorbente en su interior podemos aumentar el volumen aparente y conseguir un Fc ligeramente más baja, además de la propia ganancia que la sala nos aportará. Aunque pueda parece un poco alta, es una frecuencia respetable para este tamaño y hace que este diseño sea perfectamente utilizable sin ecualización alguna.

Ahora simularé el efecto de utilizar una transformada de linkwitz, para obtener una muy respetable Fc de 35Hz y un Qtc de 0,71

Esto implica una ecualización con una ganancia en continua de 12dB. Para minimizar el efecto de las frecuencias subsónicas y salvaguardar la integridad del cono, he incluido un filtro pasoalto. El groupdelay se verá afectado por este filtro, pero sus consecuencias serán apenas audibles.

Téoricamente, con solo 1,5W llegaremos al limite de excursión. Con casi 12dB de ecualización, estos 1,5W serán realmente unos 12W (Cada 6dB -> x4 potencia requerida). Lo podemos comprobar en este gráfico, que expresa en VA la carga aparente vista desde el amplificador

Cuanto mayor sea la Fc demandada, mayor capacidad de potencia tendremos. Aunque en el ejemplo puesto, hacerlo bajar a 35Hz puede parecer excesivo, en la práctica no lo es tanto. El altavoz tiene una construcción mecánica muy buena, y el contenido de los programas musicales en las frecuencias que se alcanza el Xmax es por norma general mucho menor que el resto del espectro. Esto hace que para una escucha en campo cercano se obtenga un SPL más que aceptable. En cualquier caso esta es la simulación mas extrema. Luego en función del room gain y de las pruebas in situ deberá ajustarse a las necesidades y gustos personales.

Disposición de los drivers

Una vez calculado el volumen necesario, se hace un primer borrador del diseño. El agudo lo situé de forma asimétrica para minimizar los efectos de difracción de la caja. Estos efectos pueden calcularse previamente con un software gratuito como The Edge. En esta imagen vemos el diseño preliminar en Autocad

Construcción

Para la construcción se ha utilizado tablero de densidad media de 19mm hidrófugo

Panel frontal fresado con máquina manual

Para la sujeción de los drivers se utilizan casquillos de rosca métrica

Pegado del frontal al recinto

Terminación en bruto

Para el relleno interior se ha utilizado fibra sintética blanca, similar a la que se usa para el relleno de almohadas.

Diseño del filtro

Una vez finalizada la construcción en bruto, pasamos al diseño del filtro. Para ello, utilizaré el software LSPCad para el modelado, y Arta para las medidas. En primer lugar se necesitan unas medidas quasi-anecoica de ambos drivers. Se puede hacer de dos formas. Medir cada altavoz en su eje a una distancia de 1m, y dejar que el software de medición calcule la suma espacial de ambas medidas en el punto de diseño escogido, o bien dejar el micro estático en este punto y medir. Suelo hacerlo de esta segunda forma.

Tweeter: Realiceremos una única medida a 1 metro, con una ventana de tiempo lo suficientemente ajustada para evitar las reflexiones de la sala.

Woofer: Debe realizarse en dos partes. Primero una medida a 1 metro a la altura del punto de escucha, con una ventana de tiempo corta. Una segunda medida en campo cercano, muy cerca del guardapolvos, para obtener la respuesta en frecuencia del extremo inferior. Por último, aplicaremos una compensación por baffle-step (efecto que se produce cuando la caja pasa de radiar de 4 Pi en graves a 2 Pi según aumenta la frecuencia) y combinaremos ambas medidas.

Medida en campo cercano

Respuesta conjunta: Se medirán ambos drivers en el mismo punto. Esta medida servirá para ajustar el offset de los centros acústicos de cada uno de ellos en el programa de simulación

También necesitaremos las medidas de impedancia de ambos.

Ahora estas medidas pueden ser cargadas en LspCAD, tanto las de SPL como las de impedancia en la ficha de cada driver. Es importante indicarle a LspCAD que no haga la simulación offaxis en el punto de diseño de las medidas que hemos cargado, pues como se ha comentado anteriormente al no haber medido en el eje de cada driver, esto está intrinsico en la propia medida. Se configuran las distancias en el eje X e Y, y por último Z mediante prueba y error hasta que la respuesta simulada coincida con la tercera medida tomada, que se cargará como referencia.

Comprobación de los parámetros X, Y y Z de cada driver

En este punto del proceso, sabemos que todo lo que simulemos, producirá unos resultados muy próximos a la realidad. Tras varias pruebas llego a un filtro de segundo orden para el pasobajo, y un tercer orden para el pasoalto. Esta combinación funciona bastante bien en cajas que no tienen los centros acústicos entre drivers alineados físicamente. La sensibilidad de ambos altavoces se iguala con dos resistencias serie en el pasoalto. En esta imagen se puede observar que se han realzado los graves ligeramente a modo de compensación baffle-step para que tenga cuerpo si se prescinde de ecualización alguna, a costa de perder algo de sensibilidad en el resto de la banda. Nótese que aunque la respuesta parezca algo accidentada, la resolución del gráfico es de 1dB por división. La respuesta se mantiene en un margen de +- 2dB, lo cual es bastante aceptable. Podría hacerse mejor, e hilar mas fino perfeccionando las pendientes acústicas de cada vía, pero a veces lo sencillo funciona bien.

A continuación se realiza un prototipo, y se comprueban los resultados.

La respuesta global es muy próxima a la simulación:

Otra medida importante y que da idea si el filtro es correcto en la frecuencia de cruce y los cortes son acertados, es la respuesta en potencia. Esta medida representa el offaxis horizontal 0º (verde) - 15º (rojo) - 30º (morado)

Por ultimo se prueba la ecualización de la extensión en graves. Aún utilizando la más extrema que había calculado y que hace bajar la Fc hasta 35Hz el SPL obtenido es más que suficiente, y no se observa que el woofer llegue al limite aún con estilos de música con gran contenido en frecuencias graves.

Finalización

Una vez terminado el filtro de pruebas, se pasa con el acabado de la caja. Se utiliza chapilla natural de cerezo para los lados y la parte trasera, y el frontal se pinta con laca negra satinada a pistola. Para hacer el remate entre la chapilla y la pintura se añade un fresado perimetral de 3mm.

Monitores antes del pintado del frontal

Monitor terminado

Integración en el punto de escucha

Una vez colocadas las cajas en su ubicación, se realizan unas medidas para ver el resultado y los efectos de la sala. El rebote con la mesa produce un pico audible sobre los 120Hz que se ha corregido con ecualización activa. La corrección en graves finalmente como ya se había supuesto fue inferior a la prevista, y en ningún caso he llegado al limite mecánico del altavoz ni distorsiones audibles con SPL aún por encima de lo que necesito. Incluso sin ella, el sonido es muy coherente y gracias a la corrección baffle-step incluida en el filtro, el sonido tiene cuerpo. Queda pendiente hacer una corrección mas fina del resto del espectro con DRC.

Prueba de EQ Linkwitz activa realizada con minidsp

Actualmente las tengo conectadas a un segundo equipo vintage restaurado, etapa Yamaha M80, previo C80 y sintonizador T85. La etapa suministra 250 RMS por canal, así que la baja sensibilidad de la caja no es un problema. El ecualizador está de adorno.

Conclusión

Definitivamente la calidad del grave en caja cerrada y ecualizado desde mi punto de vista es algo que por norma general me gusta más que en sistema reflex. Escuchando estas cajas da la impresión de que el sonido proviene de unas mucho mas grandes, con un grave profundo y definido. En el resto de la banda el sonido es equilibrado, si bien no he llegado a la definición que ofrecen mis cajas principales con filtrado en activo, estoy muy contento con el resultado obtenido. No pretendía hacer un sistema de referencia, sino unos monitores que sonaran equilibrados para poder escuchar música decentemente mientras trabajo, con los materiales que tenía a mano. Creo que el objetivo se ha alcanzado.