Con Diafragma
La señal eléctrica de entrada actúa sobre la bobina móvil que crea un campo magnético que varía de acuerdo con dicha señal. Este flujo magnético interactúa con un segundo flujo magnético continuo generado normalmente por un imán "Imán (física)") permanente que forma parte del cuerpo del altavoz, produciéndose una atracción o repulsión magnética que desplaza la bobina móvil, y con ello el diafragma adherido a ella. Al vibrar el diafragma mueve el aire que tiene situado frente a él, generando así variaciones de presión en el mismo o vibraciones, o lo que es lo mismo, ondas sonoras.
Su comercialización se inició en 1925. Desde entonces, y tras más de 9 décadas, sigue siendo el más utilizado. Además de ser el altavoz más usual, también es barato (probablemente, puede que sea una relación causa-efecto).
Este diseño es el original del primer altavoz, remontándose a los primeros teléfonos. Utiliza una bobina estática que hace vibrar una pieza metálica magnetizada (llamado hierro o armadura). El hierro está sujeto al diafragma, o es el mismo diafragma. Los altavoces de hierro móvil son ineficientes y reproducen una banda de frecuencias limitada. Necesitan grandes imanes y bobinas para aumentar la fuerza,[50] comparado con el de bobina móvil.
Una variación llamada de armadura balanceada usa una armadura que se mueve como un balancín. Puesto que no están amortiguados son altamente eficientes, pero también producen fuertes resonancias. Actualmente todavía se usan para auriculares y audífonos, donde un pequeño tamaño y alta eficiencia son importantes.[51].
En estos altavoces el motor es un material piezoeléctrico, que al recibir una diferencia de tensión entre sus superficies metalizadas experimenta alargamientos y compresiones. Si se une a una de sus caras un diafragma, este sufrirá desplazamientos capaces de producir una presión radiada en frecuencia audible. Es poco lineal, con bajo rendimiento y se limita su uso a altas frecuencias.
Los altavoces piezoeléctricos se utilizan frecuentemente como zumbadores en relojes y otros dispositivos electrónicos y a veces se usan como tweeter en sistemas económicos, como ordenadores y radios portátiles. Los altavoces piezoeléctricos tienen varias ventajas sobre los altavoces convencionales: resisten las sobrecargas de destruirían otros altavoces de alta frecuencia, se pueden usar sin filtro de cruce debido a sus propiedades eléctricas. También tienen inconvenientes, algunos amplificadores pueden oscilar con una carga capacitiva como un altavoz piezoeléctrico, lo que genera distorsión y/o daños al amplificador. Además, su respuesta en frecuencia es en la mayoría de los casos inferior a la de otras tecnologías. Por eso su uso se limita a aplicaciones no críticas o como zumbador (de frecuencia única).
Los altavoces piezoeléctricos tienen una respuesta extendida a las altas frecuencias, esto es muy útil en aplicaciones específicas, como por ejemplo el sonar donde variantes piezoeléctricas se utilizan tanto como dispositivos de salida (para generar sonido bajo el agua) y como dispositivos de entrada (actuando como sensores de micrófonos subacuáticos")). Además, tienen otras ventajas en estas aplicaciones, su construcción simple y robusta, resiste el agua marina mejor que una cinta o membrana.
En 2013 Kyocera presentó un altavoz piezoeléctrico ultrafino con una profundidad de solo 1 mm para sus televisiones OLED de 55”, proporcionando mejor claridad que un altavoz de TV convencional.[52].
En vez de que una bobina mueva un diafragma, un altavoz magnetostático usa una disposición de tiras metálicas fijadas a una gran membrana plana y fina. La señal de corriente que pasa por las tiras interactúa con el campo magnético de los imanes permanentes montados por detrás. La fuerza producida mueve la membrana y por consiguiente el aire que tiene por delante. Generalmente estos diseños tienen una eficiencia menor que los altavoces dinámicos.
Están basados en la propiedad de magnetostricción, se han utilizado principalmente en aplicaciones de sonar, radiadores de sonido ultrasónico, pero su uso también se ha extendió a sistemas de audio. Los altavoces magneto elásticos tienes unas propiedades específicas ventajosas: Pueden proporcionar una fuerza de gran magnitud con una pequeña excursión que otras tecnologías, las excursiones pequeñas evitan distorsiones, la bobina de magnetización permanece estática y por lo tanto es más fácil de refrigerar, son robustos pues no requieren suspensiones delicadas. Fostex produce transductores magneto elásticos[53][54][55] y FeONIC")[56][57][58][59] También se han fabricado transductores para subwoofers.[60].
Estos altavoces tienen una estructura de condensador, con una placa fija y otra móvil (el diafragma), entre las que se almacena la energía eléctrica suministrada por una fuente de tensión continua. Cuando se incrementa la energía almacenada entre las placas, se produce una fuerza de atracción o repulsión eléctrica entre ellas, dando lugar a que la placa móvil se mueva, creando una presión útil. Tienen mayor coste que los dinámicos.
Utilizan un campo eléctrico de alta tensión (en vez de un campo magnético) para impulsar una fina membrana cargada electroestáticamente. Al ser impulsada por toda la superficie de la membrana, en vez de por una pequeña bobina, normalmente proporcionan un movimiento más lineal con menor distorsión que los altavoces dinámicos. Tienen un diagrama de dispersión relativamente estrecho, que crea un posicionamiento preciso del campo sonoro. Sin embargo, el área de escucha óptima es pequeña y no son muy eficientes. El mayor inconveniente es que debido a las limitaciones prácticas de construcción, la excursión de la membrana es limitada. Cuanto más separados están las rejillas de los estátores más alta debe ser el voltaje de trabajo para tener una eficiencia aceptable, esto incrementa la tendencia a producir arcos eléctricos y la atracción del polvo. Los arcos eléctricos son un problema potencial con las tecnologías actuales, sobre todo cuando se deposita polvo o se utilizan con señales de alto nivel.
Los altavoces electrostáticos son inherentemente radiadores en dipolo y debido a su fina y flexible membrana, no son adecuados para usar bafles que reduzcan la cancelación de baja frecuencia. Debido a esto y a su limitada excursión, los altavoces electrostáticos de rango completo son grandes por naturaleza, y la frecuencia de corte corresponde a un cuarto de la longitud de onda de la dimensión más pequeña del panel. Para reducir el tamaño de los productos comerciales, a veces se usa un electrostático en altas frecuencias combinado con un altavoz dinámico convencional que se encarga de las bajas frecuencias eficientemente.
Normalmente, los altavoces electrostáticos se alimentan a través de un transformador elevador, que multiplica el voltaje producido por el amplificador. Este transformador también multiplica la carga capacitiva inherente a los altavoces electrostáticos, lo cual hace que la impedancia efectiva presentada al amplificador varía significativamente en frecuencia. Un altavoz con carga nominal de ocho ohmios presenta una carga de un ohmio en alta frecuencia, lo cual puede ser problemático para algunos amplificadores.
Consiste en una fina película metálica suspendida en un campo magnético. Al aplicarle una corriente eléctrica, se mueve y produce el sonido. La ventaja es que la cinta tiene muy poca masa por lo que puede acelerar rápidamente, obteniendo muy buena respuesta a altas frecuencias. Suelen ser bastante frágiles, podría romperlos una fuerte ráfaga de aire. Emiten sonido con un diagrama de dipolo, aunque a veces tienen bafles que limitan la radiación trasera. Los diseños de cinta necesitan imanes muy potentes, lo que los hace caros de fabricar. Tienen una resistencia muy baja que muchos amplificadores no pueden manejar directamente, por lo que se utiliza un transformador reductor para aumentar la corriente que fluye por la cinta. El transformador se debe diseñar cuidadosamente para que su respuesta en frecuencia y perdidas parasitarias no degraden el sonido, incrementando los costes y la complicación frente a diseños convencionales.
El altavoz magnético planar tiene la bobina impresa en un diafragma plano, la corriente que la recorre interactúa con el campo magnético creado por los imanes cuidadosamente situados a ambos lados de la membrana, haciéndola vibrar más o menos uniformemente sin doblarse ni arrugarse. Al repartirse la fuerza por buena parte de la superficie, se reduce los problemas de resonancia inherentes de los altavoces de bobina móvil con membrana plana.
Oskar Heil invento el altavoz AMT en los años 1960.[61] Un diafragma plegado se monta en un campo magnético y se abre y cierra según la señal sonora. El aire sale de entre los pliegos siguiendo la señal, generando sonido. Estos altavoces son menos frágiles que los de cinta y considerablemente más eficientes (obtenemos un nivel de potencia sonora mayor) que los diseños de cinta, electrostáticos o magnético planares. ESS un fabricante californiano, licencio el diseño y contrato a Heil, produciendo una gama de altavoces usando sus tweeters en las décadas de 1970 y 1980.
Los altavoces de onda de flexión utilizan un diafragma intencionalmente flexible. La rigidez del material aumenta del centro al exterior. Las ondas de pequeña longitud radián principalmente de la parte interna, mientras las ondas de mayor longitud alcanzan el borde exterior de la membrana. Para evitar las reflexiones de vuelta al centro , las ondas son absorbidas por un amortiguador en el borde exterior. Estos altavoces pueden abarcar una banda muy amplia de frecuencia (80 Hz - 35,000 Hz) y se han promocionado como una buena aproximación de una fuente de sonido puntual.[62] Esta solución no convencional la utilizan muy pocos fabricantes, en distintas configuraciones.
Los altavoces de Ohm Walsh utilizan un transductor único diseñado por Lincoln Walsh") que había sido un ingeniero de desarrollo de radar durante la Segunda Guerra Mundial. Se interesó en el diseño de equipos de audio y su último proyecto fue un sistema de altavoz singular de una sola vía con un solo transductor. El cono (membrana) mira hacia abajo hacia una caja cerrada. En vez de moverse hacia dentro y fuera, como lo hacen los transductores convencionales, ondeaba creando sonido de manera similar a una línea de transmisión de radio frecuencia, creando un campo de sonido cilíndrico. Walsh murió antes de lanzar comercialmente sus altavoces. La marca Ohm Acoustics ha producido varios modelos de altavoz con este diseño desde entonces. La marca alemana German Physiks también produce altavoces con este enfoque.
La marca alemana Manger ha diseñado y producido un altavoz de onda de flexión, que en un principio parece convencional. De hecho, la membrana redonda fijada a la bobina de voz se pliega de forma controlada para obtener un sonido rango completo.[63] Josef W. Manger fue galardonado con la Diesel Medal por extraordinarios desarrollos e invenciones por el instituto alemán de invenciones.
En 2013 un equipo de investigación presentó un altavoz de conducción iónica transparente donde dos capas de gel conductor transparente con una capa de goma transparente entre ellas, mediante altos voltajes permite reproducir sonidos con buena calidad. Tiene aplicaciones en robótica y computadoras portátiles.[64].
Sin Diafragma
Los altavoces de plasma utilizan plasma "Plasma (estado de la materia)") como elemento radiante. Como el plasma tiene muy poca masa y esta cargado eléctricamente, se puede manipular con un campo eléctrico, el resultado es una respuesta lineal hasta frecuencias muy superiores al rango audible. Problemas de fiabilidad y mantenimiento lo hacen inadecuado para su uso en productos de gran consumo. En 1978 Alan E. Hill del laboratorio de armas de la fuerza aérea de EE. UU. en Albuquerque (NM), diseño el ‘’Plasmatronics Hill type I’’ un tweeter con un generador de plasma de helio,[65] esto evitaba el ozono y óxido nitroso[65] generado por la descomposición del aire por radiofrecuencia de modelos anteriores de tweeters de plasma, como el pionero de Ionovac de ‘’Dukane Corporation’’ durante los años 1950.[66] Actualmente algún fabricante alemán utiliza este diseño.[67].
Una variación más económica de este principio es usar una llama como transductor, pues las llamas contienen gases ionizados (cargados eléctricamente).[68].
En 2008, investigadores de la universidad de Tsinghua presentaron un altavoz termoacústico de película fina de nanotubos de carbono,[69] cuyo mecanismo de funcionamiento es un efecto termoacústico. Se utilizan corrientes eléctricas a frecuencias de audio para calentar los nanotubos y el resultado es la generación de sonido en el aire que lo rodea. Este altavoz es transparente, elástico y flexible.
En 2013, investigadores de la universidad de Tsinghua ampliaron el proyecto con un auricular presentaron un altavoz de hilo de nanotubos de carbono en un dispositivo termoacústico montado en superficie,[70] son dispositivos integrados compatibles con tecnología de semiconductores de silicio.
Un woofer rotativo es básicamente un ventilador con palas de paso variable, El paso se controla con la señal de audio, lo que permite modular la cantidad de aire desplazado y crear ondas de presión sonoras. Permiten reproducir eficientemente frecuencias de infrasonido que son difíciles o imposibles de reproducir con un altavoz convencional con diafragma. Se utilizan en salas de cine para crear efectos sonoros profundos como explosiones.[71][72].