Mucho antes de que su funcionamiento fuera expresado matemáticamente por Hermann Helmholtz, las cavidades resonantes ya eran utilizadas en arquitectura y en instrumentos musicales por su comportamiento como circuito resonante acústico, capaz de atenuar o reforzar señales dentro de un determinado rango de frecuencias.
En esencia, un puerto, está conformado por un volumen de aire contenido en una cavidad, que, teniendo un comportamiento capacitivo, es capaz de entrar en resonancia con el aire en movimiento a través de un tubo de longitud “L” y diámetro “D”, que actúa como acoplador entre el interior de la cavidad y el ambiente externo, que por su naturaleza es predominantemente inductivo. La figura muestra esta situación y resalta un detalle importante: el tubo se comporta como si fuese mayor de lo que realmente es.
Esto se descubrió al estudiar el flujo del aire a través del tubo y considerar que, fuera de él, el movimiento será influenciado por las características del medio exterior, principalmente en las regiones próximas a las extremidades, lo que altera el flujo en el interior del tubo. Por ello todo sucede como si en cada extremo surgiese un nuevo inductor.
De este modo, un tubo de longitud “L”, se comporta como si tuviera una longitud efectiva “Ls”, mayor que “L”, debido al incremento de corrección “Lc” conforme a la siguiente ecuación:
Ls = L + L1 + L2 = L + Lc
Es fácil comprobar este efecto midiendo la frecuencia de resonancia producida por el tubo, siempre inferior a la esperada, debido al aumento en la inductancia.
La corrección en los extremos no es generalmente igual para ambos lados, pues dentro de la cavidad el aire no se comporta como en el lado externo. Pero como lo que interesa es el efecto total, no se calcula la influencia individual de cada una de las extremidades, sino el resultado de la suma “Lc”. La corrección está dada por un factor que multiplica el diámetro “D” del tubo.
Todo estaría perfecto si fuera constante, pero lamentablemente varía con la geometría de la caja y del tubo, también con su distancia y posición relativa en relación a las paredes de la misma, además es influenciado por la proximidad del subwoofer, de los refuerzos dentro de la caja, del material acústico, etcétera. Siendo tantos los factores, la determinación de un valor exacto se torna inviable.
Lo que se observa en la práctica es que como el valor de “L” lleva a una frecuencia de resonancia menor que la deseada, entonces “L” es mayor de lo necesario. La solución para el problema consiste en disminuir progresivamente el largo del tubo hasta el valor de frecuencia adecuado.
Consideraciones sobre el tubo
Respecto del tubo de sintonía, así como sobre otros asuntos relacionados con los reflectores de graves, existen algunos conceptos profundamente arraigados que no encuentran respaldo en la teoría, y que consideramos conveniente aclarar con base en la investigación realizada por muchos ingenieros acústicos contemporáneos.
En primer lugar, diremos que un tubo muy largo no es mejor que uno corto. Además, los tubos cortos evitan el surgimiento de resonancias indeseables en frecuencias bajas. No se deben utilizar tubos de diámetro muy pequeño con el objeto de evitar la generación de ruido provocado por el desplazamiento de aire a gran velocidad. Por este motivo el tubo debe mantenerse sin obstrucciones y libre de telas con trama muy fina. El llamado “amortiguamiento del tubo” proclamado por algunos, no trae ninguna ventaja. Esto fue demostrado por Small hace mucho tiempo.
No es cierto que un puerto cuadrado suene más fuerte que uno circular. La forma del tubo; circular, rectangular o cualquier otra, es definitivamente irrelevante pues lo que importa es el área y el largo del mismo. Pero cuidado, un tubo circular y uno cuadrado de la misma área y el mismo largo, no necesariamente producen exactamente la misma frecuencia de resonancia, en virtud de que los factores de corrección utilizados para compensar el efecto de las puntas son bastante diferentes en ambos casos. Un tubo muy grande nunca puede ser reemplazado por dos de la mitad de largo y de la mitad de diámetro. La combinación de dos tubos de diámetros D1 y D2, resulta en un tubo equivalente de diámetro:
D = (D12 + D22)1/2
Ejemplo: el uso de dos tubos de 4” de diámetro equivale a un único tubo de 5.7” y del mismo largo. Un solo tubo de 4” de diámetro puede ser reemplazado por dos de 2.8” de diámetro y cada uno del mismo largo que el de 4”.
Finalmente, lo único que importa en la sintonía de una caja acústica es el diámetro del tubo y su longitud. No es cierto que sacar parte del tubo de sintonía hacia afuera es una forma de sintonizar la caja.
Para los que desean profundizar un poco más en el tema, les sugiero consultar la siguiente bibliografía:
R. Small, “Vented-Box Loudspeakers Systems”
H. Sette Silva “Entrenamiento en el Método de Thiele-Small”
Artículo obra del Ingeniero Fernando Bazúa publicado en la Revista AudioCar #283
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