Hace dos semanas arrancamos un especial dedicado a los Sound systems Artesanales, un elemento clave para la difusión de la cultura musical jamaicana.

Hoy, en este segundo artículo, vamos a hablar de los graves, más concretamente de las cajas que se dedican a mover esas bajas frecuencias.

Si en el primer contacto con esta serie de artículos os hablábamos del número de vías y el filtrado, hoy profundizaremos en el asunto de las cajas para los graves. Antes de comenzar a construir cualquier caja para tu sound system, lo más importante que hay que saber es que sonido se quiere obtener. Y, por supuesto, una de las primeras cosas que debemos hacer es estudiar previamente cómo podemos acercarnos técnicamente a esa calidad.

Como es lógico, los altavoces necesitan ir en cajas debido a que la membrana tiene dos lados, el exterior y el interior. Cuando el exterior de la membrana crea una onda, en el interior se crea la misma onda, aunque opuesta, por eso se dice que esta otra onda está en fase inversa. Pero, entonces ¿qué ocurre con esa onda que viaja en la dirección contraria?Si hablamos de las frecuencias más bajas sería conveniente poder aprovechar esa otra onda para crear unos graves más potentes. Bien, pues el diseño de cada caja lo que nos proporciona es una serie de opciones con las que tendremos que jugar para aproximarnos a las expectativas que nos habíamos creado. De hecho, su combinación será vital para poder acercarnos más a cómo queremos que suene nuestro sound system.

A continuación os expondremos un par de conocimientos básicos sobre el aislamiento de las cajas. Para luego poder hablaros con más propiedad de las formas más comunes de cajas de graves, como son la caja sellada y el bass réflex. Por último, también os mostraremos qué son las cajas paso-banda y los laberintos acústicos.

Aislamiento

El que un altavoz esté sonando implica que su membrana está vibrando. Como os decíamos, esto produce una onda que viaja hacia la parte delantera, donde está el oyente, pero también se crea una onda que viaja en el sentido contrario hacia el interior de la caja. Esta onda rebota por las paredes de la caja del altavoz hasta que consigue salir atravesando la membrana. Efectivamente, en el tiempo que tarda aparece cierto retardo respecto a la primera onda que salió hacia el oyente. Dicho retardo es el causante de una especie de «eco» que puede ser muy molesto a frecuencias medias-altas.

Para evitar que esa onda que lleva cierto retraso vuelva a atravesar la membrana, junto al correspondiente desfase respecto a la onda original, en el interior de la caja se colocan aislantes acústicos que absorben parte de la energía. Con ello, conseguimos disminuir la amplitud de las ondas que rebotan en el interior. ¿En qué medida? Pues eso ya depende del material empleado y de la banda de frecuencias a considerar. Este material que usamos como aislante tiene otro efecto secundario, que no es otro que el de aumentar virtualmente el volumen de la caja, permitiendo obtener en ciertos casos algo más de graves. Así, por ejemplo, dos altavoces con cajas idénticas pueden sonar ligera o bastante diferentes únicamente variando la cantidad de aislante que coloquemos en su interior.

Pero además, a unas frecuencias muy concretas, también se da el fenómeno de las ondas resonantes en el interior de la caja que aportan un nuevo sonido coloreando el resultado final. Por cierto, para evitar estas resonancias se pueden construir cajas con formas que tengan lados no paralelos, como por ejemplo con curvas o prismas. Pero, la realidad es muy distinta, la mayoría de las cajas son ortoédricas o incluso cúbicas. Entonces, ¿cómo es que funcionan? Hay unas ciertas proporciones para las que las cajas tengan un mejor comportamiento. Estas proporciones están basadas en el número áureo.

Ahora, sabiendo todo lo anterior, ya estamos más preparados para entender un poquito mejor los diferentes tipos de cajas con las que podemos encontrarnos más habitualmente.

Caja sellada

Si trabajásemos con una caja abierta, la frecuencia de resonancia del altavoz, conocida como la frecuencia de sintonía, disminuiría debido a que la masa de aire contenida en la caja actúa de lastre. Una caja cerrada herméticamente supone un aumento en la rigidez de la suspensión y, en consecuencia, de la frecuencia de resonancia del altavoz. Es decir, con las cajas cerradas será más difícil de reproducir las bajas frecuencias, pero si es cierto que su respuesta ante los transitorios es mucho mejor.

Por si tenéis alguna duda, llamamos transitorios a los sonidos que producen una gran cantidad de energía en un pequeño intervalo de tiempo, como los bombos o las cajas. Igualmente, los transitorios también se aprecian en otros instrumentos en su inicio, el ataque que se le suele llamar a esto, aunque luego el sonido continúe en el tiempo, como por ejemplo el bajo y la guitarra.

Bass réflex

Este sistema consiste en una caja cerrada parcialmente, pero con un tubo con salida al exterior denominado bass réflex. En el caso de una caja cerrada, la emisión acústica producida por la parte trasera de la membrana se pierde en forma de calor a través del material absorbente. Mientras que la caja bass réflex tiene por objetivo recuperar parte de esa energía a través de dicho tubo.

Haciendo variar las dimensiones de la caja y el tubo conseguimos optimizar las características de nuestro sistema hasta sintonizarlo en la frecuencia que buscamos para nuestros graves. Las ventajas del bass réflex implican una eficiencia mayor que las cajas cerradas, pero le acompaña un serio problema. Cuando se trabaja por debajo de la frecuencia de corte de la caja, el aire del tubo no actúa como resistencia y el altavoz comienza a trabajar al aire libre, provocando una respuesta peor al de una caja cerrada.

Las cajas con radiador pasivo son una variante del bass réflex. Consiste en una caja bass-réflex en la que se ha sustituido la apertura por un radiador pasivo. Un radiador pasivo es como un altavoz, pero sin imán y sin bobina. Sólo tiene el chasis, la suspensión y el diafragma. Su misión es dejar pasar a los graves que se crean en el interior de la caja. Se trata de hacer que el radiador pasivo ofrezca la misma resistencia al aire que la apertura de un sistema bass-réflex. En realidad, el rendimiento de este radiador pasivo frente al bass réflex es menor. Digamos que las ventajas son las mismas que en las cajas bass-rélex, pero hay que sumar el precio del radiador.

Entonces, ¿caja sellada o bass réflex?

Pues como todo la respuesta de este tipo de preguntas comenzaría con un depende, así que para poder elegir la idónea hay que tener en cuenta las características que cada sistema nos aporta, igual que ser conscientes de lo que nos resta.

Las cajas selladas tienen la ventaja de que ofrecen un sonido en general más plano en baja frecuencia, sin retardos, con menos variaciones de fase, son más pequeñas y fuerzan menos a los altavoces a la hora de radiar en baja frecuencia. Sin embargo no dan tantos graves como las configuraciones bass-reflex, ya que la cavidad resonante que añaden sirve para mejorar la respuesta a bajas frecuencias, incrementando notablemente los graves.

El inconveniente del bass réflex es que requiere de cajas bastante más grandes y someten a los altavoces a mayores esfuerzos que las selladas. Asimismo, introducen retardos a ciertas frecuencias y ciertos ruidos producidos por el aire al salir del tubo o conducto que conforma la cavidad resonante.

Caja paso-banda

Las paso-banda consisten en una caja con una pared interior donde está el woofer. En uno de los lados hay una caja bass-reflex y en el otro, puede haber un bass-reflex o una caja sellada, pero para entenderlo mejor echad un ojo al gráfico anterior. Este tipo de caja sólo deja salir el sonido por el conducto, por lo que su respuesta es la de un filtro paso banda. Dicho de otra forma, sólo sale el intervalo de frecuencia para el que se haya diseñado ese sistema.

Este tipo de cajas proporcionar una ampliación en graves muy importante, pudiendo reproducir frecuencias mucho más bajas que para las que está diseñado el altavoz utilizado. Pero, como inconvenientes, tenemos menor eficiencia y la respuesta temporal es mala, puesto que la señal sufre retrasos muy altos.

El caso es que este tipo de cajas deben estar muy bien construidas. Por esa razón, también es vital que el material guarde un mínimo de calidad, porque la presión en el interior es muy grande; y además se debe evitar que el sonido del interior salga al exterior a través del las paredes y del propio tubo. Por cierto, el tubo tiene su propia frecuencia de resonancia por lo que puede colorear el sonido. Otro efecto muy percibible es que la sub-caja propiamente dicha es un resonador de Helmholtz, y es habitual tener la impresión de que sólo se oye una frecuencia.

Laberinto acústico

Consiste en una caja muy larga llena de material absorbente para poder eliminar la onda que viaja hacia el interior. Se podría decir que es una caja sellada mejorada. Veréis, cuando el diámetro de ese recorrido es mayor que la longitud de onda, la onda se comporta como una onda plana y no se crean ondas estacionarias. Este tipo de ondas son creadas por la interferencia de dos ondas de la misma amplitud o frecuencia (es el típico ejemplo de la cuerda con sus nodos). Entonces, si el woofer trabaja a frecuencias muy bajas, este tipo de «caja» está libre de coloración y de resonancia.

Pero si hay que tener en cuenta es que a altos niveles de presión sonora (SPL) puede ocurrir que no toda la onda se absorba, y parte se vea reflejada en el final del laberinto. Por eso, la longitud del laberinto debe ser 1/4 de la longitud de onda de la frecuencia de resonancia del woofer. De esta forma, si esto se produce habrá un refuerzo y no una cancelación.

Uno de los mayores inconvenientes es que son cajas muy grandes y con un montón de material absorbente y estructuras en su interior. Es decir, no son muy agradecidas a la hora de moverlas. Por esa razón no hay muchos modelos a la venta que trabajen con este tipo de sistema.