¿Usas puertos Tipo Ranura en las cajas acústicas? Entonces te interesará este descubrimiento.

Estimados amigos, con este llevamos ya tres artículos haciendo experimentos de audio, midiendo diferentes cosas que durante años he tomado como hechos, para ver si efectivamente son como se supone o hemos estado cometiendo errores todos estos años. Comentamos que estos experimentos están siendo realizados con gran atención al detalle. Específicamente, se están realizando con una misma caja acústica con su subwoofer, un SUONO modelo S124, donde lo único que se cambia es lo que se va a medir, en este caso el puerto. Se emplea el mismo subwoofer sin jamás desmontarlo, la misma caja, la misma posición de la caja dentro de la habitación, los puertos que se intercambian se ubican en el mismo sitio con respecto a la caja, y para cada artículo las mediciones han tenido lugar en una misma jornada de trabajo, ya que aspectos como la humedad del ambiente de un día para otro pueden provocar cambios.

Estos interesantísimos experimentos (si no te parecen así, buena señal para que cambies de profesión) nos han arrojado ya un par de sorpresas, datos que ya me hicieron modificar un poco la forma en que diseño cajas acústicas. Definitivamente tenemos ya datos valiosos, pero a final de cuentas relativamente sencillos. De lo que voy a hablar el día de hoy está a otro nivel. No lo estaba buscando, no me lo esperaba, y no lo podía creer. Creo que lo que más me pegó fue el hecho de que en todos los años que llevo estudiando sobre el tema, nunca antes lo encontré escrito en ninguna parte por ningún autor. Ya pasadas algunas semanas, reflexiono que la razón por la cual no es algo mejor identificado, puede deberse a que otros autores no han realizado comparaciones tan específicas como las que estamos realizado hoy, donde todos los factores son idénticos (no iguales, sino los mismos), siendo el único cambio el intercambio de puertos, lo cual nos permitió aislar e identificar con buena precisión lo que describimos a continuación.

Recapitulando sobre el tema

Bueno, expliquemos: en el primer artículo comparamos el desempeño de un puerto de entonación cilíndrico de 4” de diámetro para una caja ventilada, contra un puerto de madera con perfil rectangular cercano a cuadrado (11x7.7 cm). Medimos ambos puertos y los resultados fueron sumamente parecidos, curvas de impedancia marginalmente distintas (insignificantemente mejor el cilíndrico) y respuestas en frecuencia tan parecidas que ni siquiera sentí que tenía sentido publicarlas, de tan idénticas. Para el segundo artículo comparamos otro puerto también de madera, pero esta vez tipo ranura, que son los que más comúnmente se utilizan: bocas rectangulares extremas que van de lado a lado de la caja, con una gran desproporción entre alto y ancho, de ahí su nombre de “ranuras”. Medí dos diferentes ranuras, noté que había diferencias ligeramente más marcadas en cuanto al cambio de la frecuencia de entonación con respecto a lo calculado y con respecto a lo medido con los puertos cilíndricos, pero nada realmente extraordinario. Donde se me cayeron los chones fue cuando sumé puerto y subwoofer para encontrar la salida total del sistema, y encontré lo que les presento a continuación:

En la siguiente imagen vemos el comportamiento solamente de los subwoofers para los dos siguientes casos: la curva verde corresponde a una caja ventilada empleando un puerto cilíndrico de 4” de diámetro, mientras la roja es la misma caja, pero ahora con un puerto tipo ranura con la misma área. Como se puede ver, son básicamente idénticas. Nota: Las siguientes tres imágenes fueron obtenidas mediante el procedimiento de “micrófono cercano”, según se definió en los artículos anteriores.

En la siguiente imagen vemos el comportamiento solamente de los puertos, la curva verde es para el puerto cilíndrico de 4” de diámetro y la roja para la ranura esquinada, con una boca de 30.4 x 2.79 cm. Aquí es donde aparece el problema: la magnitud de salida de la ranura es significativamente menor a la salida del puerto cilíndrico.

En la siguiente imagen vemos la sumatoria total, ya compensada para la diferencia de áreas entre el subwoofer y puerto, siendo la curva verde la correspondiente al puerto cilíndrico y la roja para la ranura:

El resultado es totalmente escalofriante; al menos en esta gráfica, para la frecuencia de 40 Hertz la ranura presenta 1.98 decibeles menos de salida que el puerto cilíndrico. Bajamos más en frecuencia, 30 Hertz, y las diferencias son extremas, ¡la ranura presentó 5.17 decibeles de salida por debajo del desempeño de la misma caja al usar el puerto cilíndrico!

¿No les parece algo verdaderamente alarmante? Muchas veces les había ya mencionado que los puertos cilíndricos son superiores, pero jamás me imaginé que a tal extremo.

Bueno, pues este resultado me dejó tan anonadado que de entrada simplemente no lo creí, estaba yo seguro que debía existir un error, ya sea en la técnica de medición, quizá en la compensación de áreas del puerto con respecto al subwoofer o qué se yo, algo debía estar haciendo yo mal para obtener tan marcadas diferencias. Para salir de dudas procedí a hacer otras mediciones: con la caja acústica en un punto fijo de la habitación, el micrófono bastante alejado de ella y ruido rosa, medí respuesta en frecuencia con la ayuda de un RTA (Analizador en Tiempo Real). Una vez más, la curva verde corresponde al puerto cilíndrico y la curva roja al puerto tipo ranura:

Tal como dolorosamente se aprecia en la imagen del RTA, las dos curvas son prácticamente idénticas arriba de los 90 Hertz, la salida de los subwoofers; pero debajo de eso, donde entran ya en juego los puertos, la contribución del puerto tipo ranura (curva roja) es evidentemente menor que la del puerto cilíndrico (curva verde): -2.2 decibeles @ 50 Hertz y -3.4 decibeles @ 25 Hertz, para este caso.

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Por cuestiones de espacio no incluyo más imágenes pero no me quedé ahí. Manteniendo la caja en el mismo sitio cambié en un par de ocasiones la ubicación del micrófono, incluyendo puntos neutros y esquinas. Obviamente para cada nueva ubicación del micrófono las curvas cambiaron, pero nunca cambió el hecho de que el puerto cilíndrico tuvo más fuerza, más salida que el puerto tipo ranura. Me tomó un par de días salir de mi sorpresa, ya que las diferencias de ninguna manera pueden considerarse como pequeñas.

Como ya lo comenté arriba, es posible que este fenómeno no haya estado ya debidamente documentado simplemente porque a nadie (nadie que yo sepa) se le había ocurrido hacer una comparación tan directa. Por supuesto que la caja con puerto de ranura trabaja muy bien, la construyes y responde, pero los resultados de hoy muestran que si esa misma caja hubiera llevado un puerto común cilíndrico, el desempeño sería superior en no poca medida.

¿Por qué debe estar sucediendo esto? Los tres puertos, el cilíndrico de 4.09” de diámetro, el de boca rectangular de 11 x 7.7 centímetros y la ranura de 30.4 x 2.79 centímetros tienen la misma área (84.8 centímetros cuadrados). Sin embargo el perímetro para la boca circular es de 32.64 centímetros, para la boca de 11 x 7.7 centímetros es de 37.4 cm (14% más que el circular) mientras que el perímetro para la ranura de 30.4 x 2.79 es de impresionantes 66.38 cm, es decir 103% más perímetro que el círculo, 103% más fricción que el círculo. Quiero pensar que si le diéramos más área a la ranura, es probable que sus pérdidas también disminuyeran, pero tendría que ser bastante más larga lo que robaría espacio. Por otra parte, ¿qué pasaría si al cilindro le damos más área? Obviamente también crecerá su longitud, ¿pero nos daría más salida, y de ser así, cuánto más salida podrá darnos? Excelente futuro experimento, ¿no lo creen?

CONCLUSIONES

Al menos durante las mediciones observadas durante este experimento, los puertos tipo ranura, más específicamente las ranuras extremas, presentan una marcada inferioridad con respecto a un puerto cilíndrico, siendo ambos de idéntica área. Si la ranura no es extrema sino más bien parecida a un cuadrado, las diferencias son minúsculas, despreciables. En qué punto de la proporción entre el ancho y largo del puerto comienzan a presentarse las desventajas significativas, es algo que dejaré sea descubierto por alguno de ustedes, con la esperanza de que nos comparta sus observaciones.

Artículo obra del Ing. Juan Castillo Ortiz publicado en la Revista AudioCar #393

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