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Comprender el impacto de la resonancia y la frecuencia resonante en los diseños de audio

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Casi todos los ingenieros están familiarizados con el concepto de resonancia y sus múltiples implicaciones en el diseño de sistemas.

La resonancia eléctrica, mecánica o de modo mixto se puede aprovechar para proporcionar beneficios de diseño o puede ser perjudicial e impactar negativamente en el rendimiento general.

Este artículo de fondo proporcionará una revisión de los problemas relacionados con la resonancia, incluida la frecuencia de resonancia, los factores que afectan a la resonancia en dispositivos de audio, cómo utilizar una curva de respuesta de frecuencia y los desafíos relacionados con la auto resonancia en zumbadores y parlantes.

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¿Qué es la resonancia y la frecuencia resonante?

La resonancia ocurre cuando un objeto físico o circuito electrónico absorbe energía de un desplazamiento o fuente inicial y luego mantiene las vibraciones mecánicas o eléctricas resultantes sin que una fuerza o energía adicional actúe sobre él. La frecuencia a la que se produce esta vibración se conoce como frecuencia de resonancia, denominada F0.

Ejemplos de resonancia

La resonancia es un fenómeno físico que aparece de muchas formas y puede ocurrir en cualquier parte del espectro de frecuencias, desde audio bajo hasta frecuencias de RF de nivel GHz. Éstos son sólo algunos ejemplos de resonancia en la práctica:

  • El columpio de un niño representa un péndulo resonante cuya frecuencia está determinada por la longitud de su cuerda.
  • Algunos láseres utilizan resonancia basada en reflejos entre superficies reflejadas opuestas.
  • En los sistemas mecánicos, una máquina puede temblar y vibrar excesivamente a su frecuencia de resonancia a medida que la velocidad del motor aumenta de RPM más bajas a más altas.
  • En electrónica, un filtro LC estimulado resonará como un circuito de tanque sintonizado para establecer una frecuencia de funcionamiento.
  • Un oscilador de cristal piezoeléctrico que proporciona un sistema o reloj sintetizador es un ejemplo de resonancia electromecánica.
  • Un altavoz tendrá una frecuencia de resonancia en la que será más eficiente para convertir la energía eléctrica de entrada en potencia de salida de audio.

Como ocurre con muchos atributos del sistema, la resonancia puede ser buena y utilizarse para enfatizar un atributo deseado o un problema que debe gestionarse e incluso suprimirse. Permite el funcionamiento básico de los circuitos de tanque LC y los osciladores de cristal, pero puede provocar la autodestrucción en el caso de la maquinaria. Para fuentes de audio como zumbadores o altavoces, maximiza el SPL pero también puede contribuir a armónicos no deseados, que a veces crean un molesto zumbido y traqueteo en el gabinete o los objetos circundantes.

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