¿Cómo funciona un altavoz? Siempre el mismo ejemplo.

Pues bien parece una pregunta sencillisima de responder, a poco que a uno le guste la música ya ha buscado en algún sitio cuál es el secreto. La verdad que yo también pensaba que lo tenía claro hasta que me empecé a plantear algunas cosas y al intentar darle respuesta buscando por internet siempre siempre ¡siempre! encontraba el mismo ejemplo.
El caso es que siempre hacen una pequeña introducción de que como el sonido son vibraciones que se trasmiten por un medio, casi siempre para nosotros el aire, explican cómo un altavoz hace vibrar el aire y esta vibración llega a nuestros oídos. En la mayoría incluso con dibujos te representan UNA(y solo una) onda sinusoidal y explican como el altavoz la reproduce, una onda de por ejemplo 80 hz. Y por lo que he visto en internet todo el mundo se da por satisfecho con la explicación.
La cuestión es que un altavoz reproduce más de una frecuencia a la vez, no me vale decir que la membrana oscila hacia delante y hacia atrás 80 veces por segundo puesto en una canción al mismo reproduce 80 hz que 90 que 1000. No hace falta ni que nos imaginemos 2 sonidos diferentes a diferentes frecuencias puesto que incluso para reproducir una sola tecla de piano hacen falta todos sus armónicos que le definen el timbre.
Explicada mi duda vuelvo a lanzar la pregunta ¿Cómo funciona realmente un altavoz?

Buena pregunta y bien planteada, más o menos tengo una idea; pero voy a esperar contigo a una mejor que la que te pueda dar yo.

Lamento tener que ser yo quien os lo diga, pero las frecuencias no existen: son los padres.
















Es una confusión muy habitual. El teorema de Fourier dice que cualquier onda periódica se puede descomponer como suma de senoides de frecuencias múltiplos de la fundamental de dicha onda.

Todo este asunto de las frecuencias es un modelo matemático que permite hacer unos análisis y unas manipulaciones muy interesantes y prácticas sobre ondas complejas. Pero las senoides puras (lo que algunos llamáis "frecuencias") como tal no existen, a no ser que se sinteticen a propósito con algún generador de funciones.

Si tú (hipotéticamente, no hacerlo en la práctica sin un adulto delante) conectas y desconectas una pila de 1.5 V a las bornas de un altavoz varias veces, le estás aplicando una señal cuadrada, empujando el cono bruscamente hacia adelante y hacia atrás. Esa señal, como cualquier otra, se puede descomponer también teóricamente en suma (infinita) de senoides, así que el efecto sobre el altavoz sería el mismo que si le aplicaras estas senoides simultáneamente.

En la realidad, al altavoz se le aplica una señal eléctrica compleja que hace vibrar a la membrana de una forma compleja. Ese es todo el misterio.

Alfonso Alhama Griñan escribió:

no me vale decir que la membrana oscila hacia delante y hacia atrás 80 veces por segundo puesto en una canción al mismo reproduce 80 hz que 90 que 1000.

Debería valerte, porque es exactamente lo que está pasando. El efecto global de la señal compleja que es la canción es matemáticamente equivalente a tener todas esas vibraciones simultáneamente.

vagar escribió:

pero las frecuencias no existen

Desde luego la mía no, es poco frecuente.

Alejándro Me escribió:

pero las frecuencias no existen

...las frecuencias "puras" en la naturaleza NO existen... un sonido determinado tiene una frecuencia fundamental y muchas "secundarias" o armonicos, que hace que distingas un instrumento de otro, claro esta que la señal debe de ser "sinuoide" o sea "alterna", por eso si aplicas una pila a los bornes durante muchos segundos pegas la membrana hacia el extremo y quemas la bobina, es como si le dieras un solo golpe a un tambor y rompieras el parche...es una explicacion sencilla a una pregunta sencilla

Un silbido casi puede considerarse una senoide pura... la diferencia que hay entre la fundamental y el resto de senoides es muy grande...

pepe potamo escribió:

un sonido determinado tiene una frecuencia fundamental

O no, no todos los sonidos la tienen, pero el concepto de serie de Fourier se puede extender matemáticamente a cualquier otro sonido mediante la integral de Fourier, creando espectros de frecuencia continuos (sonidos que, siempre como constructo teórico, estan compuestos de infinitas componentes de frecuencia infinitamente cerca las unas de las otras).

pepe potamo escribió:

la señal debe de ser "sinuoide" o sea "alterna", por eso si aplicas una pila a los bornes durante muchos segundos pegas la membrana hacia el extremo y quemas la bobina

Alterna no es necesariamente senoide, una señal cuadrada (conectar y desconectar la pila) es también alterna. Una pila de 1.5 V conectada a un altavoz de 4 ohm genera una corriente de menos de 400 mA, menos de 600 mW, poco se puede quemar con eso.

Pero vamos, que lo de la pila es para ilustrar gráficamente que el movimiento del cono no tiene por qué ser senoide.

Alguien escribió:

La cuestión es que un altavoz reproduce más de una frecuencia a la vez, no me vale decir que la membrana oscila hacia delante y hacia atrás 80 veces por segundo puesto en una canción al mismo reproduce 80 hz que 90 que 1000. No hace falta ni que nos imaginemos 2 sonidos diferentes a diferentes frecuencias puesto que incluso para reproducir una sola tecla de piano hacen falta todos sus armónicos que le definen el timbre.
Explicada mi duda vuelvo a lanzar la pregunta ¿Cómo funciona realmente un altavoz?

Imagina una forma de onda.... pues ese es el movimiento que hace el cono de un altavoz... hacia adelante y hacia atrás, pero con pequeñas oscilaciones. Quiero decir, que no va de adelante hacia atrás a velocidad constante, sino con acelereaciones complejas.

euridia escribió:

acelereaciones complejas

Y no sólo, con excursiones más o menos largas que influyen en cómo reproduce.

euridia escribió:

no va de adelante hacia atrás a velocidad constante

De hecho, y aprovechando para sacar punta, aunque se entiende lo que dices, si se moviera de adelante hacia atrás a velocidad constante estaría reproduciendo una onda triangular (pendiente constante). Una onda senoidal se mueve más rápido en el cruce por 0 (pendiente = 1 ó -1) y va decelerando hasta pararse en los picos y valles (pendiente = 0), como un péndulo.

Alejándro Me escribió:

Y no sólo, con excursiones más o menos largas que influyen en cómo reproduce.

Si hacemos un modelo físico verdaderamente preciso habría que contemplar muchísimos factores complejos: densidad del material del cono, rigidez, masa de la bobina, permeabilidad magnética del núcleo, etc. que afectan a la fidelidad con la que el altavoz translada al aire la señal eléctrica que recibe. Por eso hay altavoces de 1 € y de 10.000 €, por eso hay tweeters y crossovers, etc.

Alguien escribió:

De hecho, y aprovechando para sacar punta, aunque se entiende lo que dices, si se moviera de adelante hacia atrás a velocidad constante estaría reproduciendo una onda triangular (pendiente constante). Una onda senoidal se mueve más rápido en el cruce por 0 (pendiente = 1 ó -1) y va decelerando hasta pararse en los picos y valles (pendiente = 0), como un péndulo.

Cierto.

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Mira Alfonso... aquí puedes ver algo parecido que quizás te sirva para hacerte una idea visual... no es lo mismo pero sería algo así como que el color morado indica el recorrido del cono y el rojo y azul la componente de ese recorrido debido a los armónicos...

https://www.vayagif.com/8646/no-lo-intentes-comprender-es-fisica-pero-mola


A ver si alguien enuentra algún ejemplo más exacto que el mío....

Aquí se ve bastante bien: fijaos cómo se van añadiendo componentes para sintetizar la onda cuadrada y cómo el contorno que va dibujando la punta del brazo articulado cada vez se parece más a un rectángulo, que sería el cono moviéndose bruscamente de arriba a abajo y viceversa. Fijaos en cómo se van sincronizando las componentes para que cada vez la punta recorra más rápido las subidas y bajadas y se quede más tiempo arriba y abajo.



No es que las "frecuencias" formen los sonidos complejos, como en este caso, sino justo al revés, que los sonidos complejos se pueden descomponer en componentes senoidales.

Así es como se mueve un cono en la realidad física cuando se excita con una onda cuadrada: se mueve muy rápido hacia adelante, vibra un poco con la inercia (la inercia equivale a un filtro paso bajo), se mueve muy rápido hacia atrás, vibra un poco, etc.

sería tan fácil como grabar a cámara superlenta un altavoz y ya está

Hormiguero total.