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Universidad Austral de Chile 
Facultad de Ciencias de la Ingeniería 
Escuela de Ingeniería Civil Acústica 
 
 
 
 
Profesor Patrocinante: 
Dr. José Luis Barros Rojas. 
Instituto de Acústica 
Universidad Austral de Chile 
 
 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA FUENTE 
SONORA OMNIDIRECCIONAL AMPLIFICADA 
 
 
 
Tesis presentada para optar al 
Grado de Licenciado en Acústica y 
al Título Profesional de 
Ingeniero Civil Acústico 
 
 
 
 
 
 
PAULO ANDRÉS CASANUEVA ROJAS 
VALDIVIA – CHILE 
2010 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
2 
Agradecimientos 
 
 
 
A mi Padre, te agradezco infinitamente por haber confiado en mí y haberme apoyado 
todos estos años, por tu amor y por haber sido un ejemplo a seguir. 
 
A mi Madre, te doy las gracias por ser tal cual eres, por haber creído en mí, por tu 
constante preocupación, amor incondicional y por haber dado todo para que esto fuera 
realidad. 
 
A la Coté, te agradezco por ser mi cómplice y la mujer en que podré confiar por siempre. 
 
 A Soraya, quien me acompañó y apoyó todos estos años, sin ti esta tesis no sería 
realidad, gracias por tu alegría y amor. 
 
A mi amigo Joaquín, te agradezco haberme incentivado a tomar la decisión de comenzar 
este proyecto, por tu ayuda y apoyo. 
 
Al Profesor Sr. José Luis Barros, por su inmensa paciencia y sabiduría. 
 
A Sr. Víctor Cumian, por su invalorable ayuda en la investigación. 
 
A la Banda Juika-Bloth, por su apoyo y demostrar con creses que somos mucho más que 
solo una banda,…….Hails Juika-Bloth!! 
 
A mis amigos quienes me han ofrecido su ayuda y apoyo en los momentos difíciles de esta 
tesis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
3 
 
ÍNDICE 
 
CAPITULO I 
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 5 
1.1 Resumen ................................................................................................................................... 5 
1.2 Abstract .................................................................................................................................... 5 
1.3 Objetivos .................................................................................................................................. 6 
1.4 La fuente omnidireccional y su aplicación en mediciones acústicas normadas ...................... 7 
1.5 Construcción de una Fuente Sonora Omnidireccional ............................................................. 9 
CAPITULO II 
2. ETAPA DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN ................................................................................... 11 
2.1 Elección de los altavoces ........................................................................................................ 12 
2.1.1. Altavoces disponibles en el mercado nacional .............................................................. 15 
2.1.2 Pruebas preliminares de las características de los altavoces .......................................... 17 
2.1.2.1. Determinación preliminar del NPS máximo y respuesta en frecuencia de los altavoces
 ................................................................................................................................................... 18 
2.1.2.2. Determinación de la sensibilidad del altavoz y porcentaje de distorsión armónica ... 21 
2.1.3. Determinación de los parámetros de Thiele & Small de los altavoces .......................... 23 
2.1.3.1. Medición del altavoz Best America ............................................................................. 28 
2.1.3.2. Medición del altavoz Blaupunkt .................................................................................. 31 
2.1.3. Conclusiones de la elección del altavoz ......................................................................... 34 
2.2. Diseño y construcción de la caja acústica ............................................................................. 35 
2.2.1 Construcción del dodecaedro definitivo ......................................................................... 39 
2.2.2. Acabado y terminaciones ............................................................................................... 40 
2.3 Diseño de la etapa de distribución y amplificación de audio ................................................. 41 
2.3.1. Diseño del Circuito Distribuidor de Audio ...................................................................... 42 
2.3.1.1. Pruebas de laboratorio con el Circuito Distribuidor de Audio implementado en 
Protoboard ................................................................................................................................ 44 
2.3.2. Diseño del amplificador basado en circuitos integrados ............................................... 45 
2.3.2.1. Pruebas con el circuito de amplificación implementado en Protoboard .................... 46 
2.3.3. Diseño de la fuente de alimentación.............................................................................. 47 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
4 
2.3.3.1. Pruebas con la fuente de alimentación implementada en Protoboard ....................... 48 
2.3.4. Diseño y confección del esquemático y de la placa impresa ........................................ 49 
2.3.5. Montaje de la placa impresa, disipadores de calor y demás componentes sobre una 
caja metálica .............................................................................................................................. 51 
2.3.6. Modificaciones al esquemático y a la placa impresa de acuerdo a los resultados de las 
pruebas preliminares al amplificador ....................................................................................... 53 
2.3.7. Ajustes al Sistema Distribuidor de Audio ....................................................................... 54 
CAPITULO III 
3. CARACTERIZACIÓN DE LA FUENTE SONORA ........................................................................ 56 
3.1. Medición del Patrón Direccional, desviación del Patrón Omnidireccional y obtención de los 
Diagramas Polares ......................................................................................................................... 56 
3.1.1. Desviación del Patrón Omnidireccional según norma UNE EN ISO 140-3:1995 ............ 59 
3.1.2. Desviación del Patrón Omnidireccional según norma UNE EN ISO 3382:2000 ............. 59 
3.1.3. Aspectos prácticos en la medición de los NPS en cámara anecoica, respuesta en 
frecuencia de la Fuente Sonora y creación de los Patrones Polares ......................................... 60 
3.1.4. Cálculo de la desviación del Patrón Direccional de acuerdo a las normas: UNE EN ISO 
140-3:1995 y UNE EN ISO 3382:2000 ........................................................................................ 67 
3.2. Determinación de la Potencia Acústica de la fuente según norma EN 23741:1991 ............. 69 
3.2.1. Criterios y aspectos prácticos de la medición de los NPS en cámara reverberante ...... 72 
3.2.2. Análisis de datos y proceso de cálculo de los Niveles de Potencia Acústica .................. 77 
CAPITULO IV 
4.1 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 80 
4.2 REFERENCIAS ................................................................................................................... 82 
4.3 ANEXOS ........................................................................................................................... 84 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
5 
Capítulo I 
1. INTRODUCCIÓN 
1.1 ResumenLas llamadas Fuentes Sonoras Omnidireccionales (FSO), son fuentes acústicas que 
tienen la capacidad de radiar igual energía sonora en todas direcciones debido un diseño 
especializado para este fin, son utilizadas ampliamente en el campo de la ingeniería 
acústica para la realización de mediciones normalizadas, tanto en laboratorio, como in-
situ. 
El presente estudio describe el proceso de diseño, construcción y caracterización 
de una fuente sonora omnidireccional de bajo costo incluyendo la etapa de potencia 
necesaria para su funcionamiento, haciendo un especial énfasis en los aspectos prácticos 
de diseño y construcción. Para este efecto, se realizaron numerosas mediciones en 
laboratorio orientadas a testear y calificar los diversos componentes y circuitos ocupados 
en la construcción de la FSO. En la caracterización de la misma se tomaron en cuenta los 
requerimientos de las normas UNE EN ISO 140-3:1995 y UNE EN ISO 3382:1997 y sus 
anexos respectivos. 
1.2 Abstract 
The omnidirectional sound sources (OSS), are acoustic sources that have the 
capacity to radiate equal sound energy in all directions because of its specialized design 
for this purpose, which are widely used in the field of acoustic engineering on the 
realization of standardized measurements in the laboratory, as well as in situ. 
 
This study describes the whole design process, construction and characterization of 
a low-cost omnidirectional sound source including the power stage needed for its 
operation, making a special emphasis on practical aspects of designing and construction. 
In order to do this, a numerous measurements were carried out at the laboratory 
designed to testing and qualify many components and circuits used in the construction of 
the OSS. For the characterization of the same sound source was taken into account the 
requirements of the standards UNE ISO 140-3:1995 and UNE IN ISO 3382:1997 in their 
respective appendixes. 
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1.3 Objetivos 
 
Objetivo general 
 
 Diseñar y construir una Fuente Sonora Omnidireccional (FSO) conforme a las 
normas UNE EN ISO 140-3:1995 y UNE EN ISO 3382:1997. 
 
Objetivos Específicos 
 
 Diseñar y construir una Fuente Sonora Omnidireccional de bajo costo en relación a 
las fuentes comerciales actualmente disponibles en el mercado. 
 
 Someter a ensayos algunos altavoces disponibles en el mercado y decidir cuál de 
ellos es el más adecuado para su utilización en la construcción de la FSO. 
 
 Someter a ensayos amplificadores de baja potencia para verificar su posible 
aplicación en la construcción de la fuente sonora omnidireccional. 
 
 Diseñar un circuito de amplificación para esta aplicación. 
 
 Realizar las mediciones acústicas necesarias para establecer comparaciones con las 
fuentes comerciales. 
 
 Comprobar que ésta posea las características necesarias que permitan su 
utilización en terreno en mediciones acústicas normalizadas. 
 
 Proponer posibles mejoras al prototipo diseñado y construido. 
 
 
 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
7 
1.4 La fuente omnidireccional y su aplicación en mediciones 
acústicas normadas 
Debido a las necesidades actuales y al grado de desarrollo de la ciencia en cuanto a 
la modelación y caracterización de recintos acústicos y materiales de construcción, se ha 
hecho fundamental disponer de información certera y confiable que permita al ingeniero 
utilizar a cabalidad las herramientas tecnológicas disponibles; esto con el objetivo de 
generar soluciones prácticas y eficaces a las problemáticas existentes. Esta información en 
muchos casos suele provenir de mediciones normalizadas in-situ, como puede ser el caso 
del tratamiento acústico de recintos, y en otros casos, como puede ser el de los elementos 
constructivos, proviene de mediciones en laboratorios bajo condiciones también 
normadas que permiten tener cierta confiabilidad en la utilización de esta información en 
modelaciones y/o en la proposición de soluciones. Ambos casos tienen como 
denominador común la utilización de instrumentación calificada que respalden las 
mediciones, dentro de esta instrumentación se encuentra la llamada “Fuente Sonora 
Omnidireccional” que abreviaremos FSO. 
 
Una FSO, es una fuente sonora que radia igual energía sonora en todas direcciones, 
es decir, que posee un factor de directividad igual a 1, (Q=1). Este hecho implica que una 
fuente sonora de estas características puede generar un mismo nivel de presión sonora a 
una determinada distancia, sin importar la dirección de propagación considerada. Este 
tipo de radiación es llamada “radiación esférica”; para que el fenómeno de 
omnidireccionalidad ocurra, es necesario que la FSO considerada posea dimensiones 
físicas pequeñas en comparación con la longitud de onda, y que la medida se haga a cierta 
distancia de la misma [Carrión, 1998]. Por lo tanto, es necesario limitar las frecuencias 
para las cuales una fuente puede ser considerada omnidireccional. En la práctica una 
fuente debe ser capaz de cumplir con los requisitos de omnidireccionalidad para un rango 
de frecuencias que va desde los 100 a los 5000 Hz. 
 
Volviendo al tema de las mediciones acústicas normadas y tomando el caso 
específico de la evaluación acústica de un recinto, no existe un único parámetro a 
determinar que caracterice completamente la calidad acústica de un recinto, ya que a 
través del método de respuesta al impulso es posible encontrar indicadores tales como: el 
tiempo de reverberación, el tiempo de decaimiento temprano, la fracción de energía 
lateral temprana, las funciones de correlación cruzada intraurales, la inteligibilidad de la 
palabra, etc., estos indicadores relacionan parámetros físicos medibles con percepciones 
psicoacústicas del espacio sonoro como la calidez, la intimidad etc. De estos indicadores 
físicos, el parámetro más importante a considerar es el tiempo de reverberación de la sala 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
8 
o recinto, concepto introducido alrededor del año 1900 por el Profesor Wallace Sabine. 
Este indicador cuantifica de una manera simple el grado de reverberación que posee un 
recinto, el cual indicará de manera a priori si determinado recinto es indicado o no para 
una determinada funcionalidad. 
 
Hasta el año 1975 no existía ningún estándar para la medición del tiempo de 
reverberación, hasta la aparición de la primera versión de la norma ISO 3382:1975 
“Acoustics – Measurement of reverberation time in auditoria” que homogeneizaba la 
medición de este parámetro de acuerdo a los estudios del Prof. Sabine. 
 
Luego de un extenso intervalo de más de 20 años, se publicó una segunda 
versión de la norma, “Acoustics - Measurement of reverberation time of 
rooms with reference to other acoustical parameters” (ISO 3382:1997) que 
especificó diferentes métodos de medición como: la interrupción de ruido 
estacionario, la integración inversa del cuadrado de la RI obtenida a partir 
de señales de excitación impulsivas (disparos de pistola, ráfagas de ruido, 
etc.) y la correlación cruzada de repuestas con señales de excitación 
determinísticas, como series binarias de máxima longitud (MLS) y barridos 
lineales de frecuencia. Además, definió en anexos A y B, parámetros 
acústicos monoaurales y binaurales; especificó condiciones generales para 
las mediciones, características de fuentes y micrófonos, promedios 
espaciales e incertidumbre de la medición entre otros [Ferreyra y col., 
2009]. 
 
En esta normativa, específicamente en el apartado 6.1 y en el Anexo A.3.1, se 
detallan los procedimientos de medida y la instrumentación necesaria para llevar a cabo 
las mediciones, definiéndose las características que debe poseer la fuentesonora a 
utilizar, y que en este trabajo de tesis, serán considerados como parámetros de 
calificación de la fuente sonora a construir. 
 
Como se señaló anteriormente, otro caso en el cual se necesita de información 
para el desempeño del ingeniero acústico es el de la información relativa a los materiales 
usados para la construcción. Un ejemplo de esto es la información disponible para el 
profesional referente a la aislación frente al ruido de un determinado material, sea este 
ladrillo, cemento, loza, madera, etc., o de un elemento constructivo como podría ser un 
piso, una partición ligera, una muralla, una techumbre, etc. La normativa base que regula 
la medición del aislamiento al ruido en edificios y en elementos constructivos es el 
conjunto de normas ISO 140 “Acoustics - Measurement of sound insulation in buildings 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
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and of building elements”, que fue publicada por primera vez en 1978 y que ha tenido 
numerosas modificaciones y actualizaciones hasta la fecha. Una parte de esta extensa 
normativa, que es de nuestro particular interés, es la ISO 140-3:1995 “Acoustics -
Measurement of sound insulation in buildings and of building elements -- Part 3: 
Laboratory measurements of airborne sound insulation of building elements”, normativa 
que regula específicamente la medición en laboratorio de la aislación acústica al ruido 
aéreo que posee un determinado elemento constructivo. Los resultados de la aplicación 
de esta norma pueden ser utilizados para diseñar soluciones de aislación acústica o para la 
clasificación de materiales y elementos constructivos de acuerdo al grado de aislamiento 
al ruido aéreo disponible. En esta norma, así como en la norma ISO 3382 citada 
anteriormente, se dispone de un anexo que hace referencia a la calificación de la fuente 
sonora que será ocupada para la realización de las mediciones, específicamente en el 
anexo C “Calificación y colocación de la fuente sonora”, en su apartado C.1.3 “Proceso de 
medida de la directividad de radiación del altavoz”, se describen las características que 
debe poseer una fuente sonora, y que en conjunto con lo dispuesto en la norma ISO 3382 
servirán de lineamientos para la evaluación y calificación de la fuente sonora. 
1.5 Construcción de una Fuente Sonora Omnidireccional 
Conociendo lo que es una FSO, sus usos y las normas que permiten evaluarla y 
calificarla, se está en condiciones de comenzar a definir cómo construir una fuente de 
estas características. 
 
Este estudio está dividido en dos capítulos principales: el primero, titulado “Etapa 
de Diseño y Construcción”, relata el proceso de diseño y construcción de la FSO, 
comenzando con la elección de los altavoces y las mediciones efectuadas a ellos, el diseño 
de la caja acústica para lograr una radiación omnidireccional y el proceso de diseño y 
construcción de la etapa de potencia de la fuente, que va desde la elección de los 
materiales y componentes electrónicos a ocupar, hasta las pruebas y ajustes finales para 
optimizar su rendimiento. En el segundo capítulo, titulado “Caracterización de la Fuente 
Sonora”, se trata el tema relativo a la medición y presentación de los parámetros 
acústicos que definen a la FSO, como son: la medición de los patrones direccionales y 
obtención de los diagramas polares, la desviación del patrón omnidireccional según las 
normas UNE EN ISO 140-3:1995 e UNE EN ISO 3382:2000, el método de cálculo para su 
obtención y la determinación de la potencia acústica de la fuente según la norma EN 
23741:1991. 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
10 
En lo que respecta a la metodología, la mayor parte de esta investigación fue 
realizada a partir de mediciones efectuadas en laboratorio y sobre la base de estos datos y 
resultados se tomaron decisiones de diseño y construcción. Un ejemplo concreto de lo 
anterior es el caso de la elección de los altavoces. Se seleccionaron de un listado, un par 
de altavoces considerando para ello los parámetros que definían su calidad y precio. A 
los altavoces seleccionados se les efectuaron diversas pruebas de laboratorio, que 
tuvieron como finalidad conocer el desempeño de los parlantes bajo las condiciones de 
trabajo que se le exigirán y tener la certeza que éstos podrán generar los niveles de 
presión sonora suficientes para poder realizar las mediciones acústicas durante los 
intervalos de tiempo considerados. Una vez que se dispuso de esta información, fue 
necesario decidir cuál de los altavoces era el más recomendable para la utilización en la 
FSO. El detalle de estas mediciones se expone en el capítulo 2.1. Algo similar ocurrió en el 
caso del diseño del amplificador de audio. Dado que actualmente existen muchas 
opciones disponibles en el mercado tanto para amplificadores operacionales de potencia 
como para circuitos de armado, es necesario tener presente que cada uno estos 
amplificadores posee distintas características que los hacen más o menos aptos para una 
aplicación técnica específica. De estas opciones disponibles en el mercado se sometieron a 
prueba algunos circuitos en laboratorio y se verificó su desempeño para posteriormente 
definir cuál era el indicado para su utilización en la FSO (ver capítulo 2.3). 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
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Capítulo II 
 2. ETAPA DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN 
 
El objetivo principal de este capítulo es, así como su título lo indica, describir en su 
totalidad el proceso de diseño y construcción de la FSO. Tal como se señaló en los párrafos 
precedentes se hará énfasis en los procedimientos prácticos del diseño y la construcción 
de la FSO, además, durante el desarrollo expositivo se recordarán algunos conceptos 
básicos referidos a altavoces y cajas acústicas, así como también a circuitos y 
componentes electrónicos. 
 
El proceso de diseño de la caja acústica, en este caso un dodecaedro regular, 
comienza con una correcta elección de los altavoces que conformarán la FSO. Es necesario 
colocar especial atención en este punto ya que una gran parte del resultado final de este 
estudio, en cuanto al desempeño de la FSO se refiere, se deberá a esta elección. El motivo 
de esto, es que el uso de un altavoz deficiente deriva en problemas tales como una 
respuesta en frecuencias demasiado irregular contradiciendo la normativa aplicada, o a un 
nivel de potencia acústica demasiado bajo, parámetro considerado como primordial para 
la realización de las mediciones acústicas señaladas anteriormente, sobre todo, en 
recintos medianos y grandes. En relación a esto último, si bien no se dispone de un 
presupuesto elevado, lo cual en cierto modo garantizaría la calidad del altavoz, se cuenta 
con la infraestructura y los equipos de medición necesarios para efectuar diversas pruebas 
de calidad a algunos altavoces que serán pre-seleccionados según los datos otorgados por 
el fabricante. 
El siguiente paso, una vez definidos los altavoces, es el diseño y construcción de la 
caja acústica de forma dodecaédrica que contendrá los 12 altavoces, esta forma de 
construcción ha sido adoptada por la mayoría de los fabricantes comerciales de FSO por su 
comprobada eficacia y aproximación práctica a la esfera pulsante definida teóricamente, 
sin embargo, aún quedan por definir parámetros importantes tales como el tamaño, la 
materialidad, el sistema de montaje de los altavoces, el sistema de soporte, las 
terminaciones, etc. que se irán explicando durante el desarrollo del capítulo. La 
importancia de la caja acústica para la construcción de la FSO radica en que ésta definirá la 
directividad final que tendrá la fuente, parámetro que según se señaló se encuentra 
normado, y será medido y analizado en el próximo capítulo. 
 
Finalmente, el últimopaso es el diseño y construcción del amplificador de potencia 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
12 
que alimentará la FSO que influirá tanto en la respuesta en frecuencia final de la FSO 
como en el nivel de potencia acústica que esta genere. En esta etapa se deberán tomar 
decisiones en cuanto a los componentes que serán usados, el tipo de circuito y la 
alimentación a dichos circuitos, los cuales serán definidos mediante investigación y 
mediciones prácticas en el laboratorio. Para tomar adecuadamente estas decisiones es 
necesario considerar, además de lo anterior, factores asociados tales como: la calidad de 
los componentes y la disponibilidad comercial de ellos, la facilidad de armado del 
amplificador y su fuente de alimentación, los costos alternativos, etc. 
2.1 Elección de los altavoces 
Actualmente, debido a la extensa literatura referida a la teoría de altavoces y a los 
numerosos estudios científicos en el tema, muchos de ellos motivados por el trabajo de 
pioneros como R.H. Small, A.N. Thiele y L.L. Beranek, solo por nombrar algunos; hoy en día 
existe una gran cantidad de parámetros teóricos y prácticos que definen, modelan y 
caracterizan los altavoces. Con el objetivo de no extender en demasía este estudio se ha 
optado por no profundizar en esta teoría ya que en este trabajo no será necesario diseñar 
un altavoz, ni describir en detalle su funcionamiento y limitaciones, sino que el trabajo 
consistirá en elegir un altavoz adecuado para la FSO de las opciones disponibles en el 
mercado nacional, no obstante; si es necesario recordar algunos conceptos básicos, en su 
mayoría de aplicación práctica, que ayudaran a tomar una mejor decisión en cuanto a la 
elección de estos. 
 
Un altavoz, conocido también en Chile y América latina como “parlante” o 
“altoparlante” puede definirse como “una colección de componentes electromecánicos 
independientes que en su conjunto irradian energía al espacio de acuerdo con la energía eléctrica 
suministrada” [Starobin, 1998]. Como tal, un altavoz se puede definir como un transductor, 
el cual es un dispositivo que puede convertir o transformar una determinada energía de 
entrada en otra distinta de salida. 
 
Existen diversos tipos de altavoces: el altavoz dinámico o de bobina móvil, el 
altavoz electroestático o de condensador, el altavoz piezoeléctrico, el altavoz de cinta, 
etc., los cuales difieren en sus características físicas y funcionamiento; de éstos, es de 
interés para este estudio el llamado altavoz dinámico o de bobina móvil. 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
13 
 
Figura 2.1. Construcción de un altavoz de bobina móvil [Sommerhoff, 2007]. 
 
 El funcionamiento de este altavoz se debe a que en el momento en que una señal 
eléctrica entra a través de los terminales eléctricos y atraviesa la bobina, se creará un 
campo magnético que variará de sentido de acuerdo con dicha señal. Este campo 
magnético interactúa con un segundo campo que se encuentra presente producto del 
imán permanente produciéndose una atracción o repulsión magnética que desplaza la 
bobina móvil y por ende el diafragma adosado a ella. El diafragma, que posee una mayor 
superficie, al vibrar desplaza el aire situado frente a él provocando así diferencias de 
presión generando ondas sonoras. 
 
 Dentro de este tipo de altavoces se pueden hacer algunas clasificaciones, los 
llamados “woofers” son altavoces de cono diseñados para entregar una respuesta plana 
para frecuencias bajas y medias (20Hz-6kHz), los “tweeters” están diseñados para manejar 
las frecuencias medias y altas (1KHz-20kHz) y que normalmente ocupan diafragmas de 
domos y los altavoces de rango extendido o “full range” que son altavoces que abarcan 
todo el rango audible (20Hz-20KHz). Existe también un diseño de altavoces que combina 
woffers y twitters en un mismo dispositivo que son los altavoces multivías (2 o más vías) 
éstos, combinando ambos altavoces en un único dispositivo buscan reproducir un mayor 
espectro, este tipo de altavoces son comúnmente utilizados en audio automotriz. El 
altavoz ideal debiera entregar teóricamente una respuesta plana en todo su rango de 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
14 
trabajo cuando este es excitado con un ruido aleatorio estable (ruido rosa o ruido blanco), 
en la práctica, son aceptables variaciones menores a 6dB entre bandas de tercio de octava 
continuas para poder considerar un altavoz como un altavoz de respuesta plana. 
 
Un término de importancia para la caracterización de un altavoz es la potencia 
máxima de este. Cuando se habla del término “potencia máxima del altavoz”, no se hace 
referencia a la potencia máxima acústica del altavoz; sino que a la potencia eléctrica 
máxima que puede ser entregada al altavoz en un régimen de funcionamiento continuo. Si 
se supera la potencia máxima recomendada por él fabricante, el altavoz puede sufrir 
daños ya que no podrá disipar el calor generado por la corriente eléctrica que atraviesa la 
bobina provocando que ésta se corte o funda. Dentro de la terminología existe también la 
llamada “potencia máxima admisible” o “potencia máxima impulsiva”, este término hace 
referencia a la potencia máxima que puede soportar el altavoz solo por un breve instante 
de tiempo y guarda relación con la “máxima excursión del cono” que es la distancia 
máxima que puede desplazarse el cono sobre su eje antes de sufrir daños; esta última 
potencia generalmente es mayor que la potencia máxima en régimen continuo. Otro 
parámetro básico del altavoz es su “impedancia”; la impedancia de un altavoz es la 
oposición que éste presenta al paso de corriente eléctrica (en ohm), este parámetro es 
dependiente de la frecuencia por lo que los fabricantes suelen entregar una “curva de 
impedancias” la cual grafica este valor en todo el espectro audible. Además se suele 
entregar un valor único (generalmente 2, 3.2, 4, 6, 8, 16, 32 ohm) que indica 
aproximadamente el valor mínimo de esta curva y por lo tanto cuantificará la “carga” 
máxima que este altavoz representa para el amplificador que se le conectará. 
 
Un parámetro medible que entrega una idea concreta del nivel de presión sonora 
(de ahora en adelante, NPS) que un parlante es capaz de producir es la llamada 
“sensibilidad” del altavoz. Este parámetro está relacionado con la eficiencia del altavoz 
(que es la relación porcentual que existe entre la energía eléctrica entregada y la energía 
acústica generada, generalmente inferior al 10%) y es la relación que existe entre la 
energía eléctrica entregada y el NPS generado a una cierta distancia; es decir, es la 
eficiencia de transducción electroacústica del altavoz. Este parámetro suele entregarse en 
dB/W y se obtiene de la medición del NPS a una distancia de 1 metro, cuando se le 
alimenta con 1W eléctrico (2.83V a si el altavoz tiene una impedancia de 8ohm). 
 
Dado que el rango de interés es de 100Hz a 5KHz (rango en el cual se efectúan las 
mediciones acústicas), es necesario encontrar algún altavoz de los llamados woofers o 
multivías que posea una impedancia de 4 u 8 ohm, de una potencia aproximada de 30W y 
con la mayor sensibilidad posible para su utilización en la FSO. Para esto la primera tarea 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
15 
será investigar los altavoces disponibles en el mercado y resumir sus características más 
importantes. Dentro de estos parámetros serán de nuestro interés: el diámetro del 
parlante, la potencia máxima, la impedancia, el rango de frecuencias, etc., luego de 
efectuada esta labor, se seleccionará un par de altavoces conciliando los parámetros 
descritos por los fabricantes y los costos asociados a cada uno de ellos. La siguiente tarea 
será poner aprueba estos altavoces, comprobando que tengan las características 
necesarias para su utilización en la construcción de la FSO. Como resultado de las pruebas 
de laboratorio se obtendrá: el NPS generado por el parlante a una distancia definida 
(sensibilidad), la respuesta en frecuencia a un ruido aleatorio, los porcentajes de 
distorsión armónica (THD) y los parámetros de Thiele & Small. 
2.1.1. Altavoces disponibles en el mercado nacional 
 Habiendo definido algunos conceptos básicos en cuanto a altavoces, ya se cuenta 
con las herramientas para realizar una correcta selección de estos. Es importante destacar 
que se requiere que la FSO tenga un tamaño adecuado para su transporte, es necesario 
definir previamente el tamaño de los altavoces. La importancia de esta decisión radica en 
que, la capacidad que tengan estos transductores de reproducir frecuencias bajas estará 
directamente relacionada con el tamaño del diafragma de estos. Por ejemplo, un altavoz 
grande, digamos con un tamaño de diafragma de 12”, tiene una gran capacidad de mover 
el aire que se encuentra frente a él debido a su superficie, por lo tanto, podrá reproducir 
con facilidad frecuencias bajas. Por otro lado, se debe tomar en cuenta que un altavoz de 
12” posee un motor (conjunto de imán permanente y bobina según figura 2.1.) acorde con 
su tamaño que le permite admitir mayor potencia eléctrica que un altavoz de 5” o 6”. Un 
altavoz pequeño, en cambio, debido a su peso ligero es capaz de vibrar a una mayor 
velocidad, siendo capaz de reproducir frecuencias altas con mayor facilidad. 
 
Otra característica a considerar en relación con el tamaño del altavoz es la 
directividad asociada a cada tamaño. Teóricamente, es posible asociar el comportamiento 
de un altavoz al de un pistón circular plano dentro de un rango de frecuencias 
determinado. Un altavoz tendrá un comportamiento no-direccional mientras se encuentre 
en el rango de frecuencias en que se comporta como un pistón plano, el límite superior 
estará dado por la frecuencia que posee una longitud de onda igual a la circunferencia del 
altavoz, pero ya, en el rango f < 11000/d (donde f es la frecuencia en hertz y d es el 
diámetro del driver en centímetros, usando 345 m/s para la velocidad del sonido en el 
aire) el driver es considerado acústicamente pequeño y su radiación comienza a ser 
direccional [Starobin, 1998]. Para el caso de un altavoz de 4” (10cm) su radiación 
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16 
comenzaría a ser direccional a partir de los 1100 Hz. Comúnmente la cuantificación de 
esta directividad se hace a través del índice de directividad , en dB, 
donde es el llamado factor de directividad que se define como la relación entre la 
intensidad acústica en una determinada dirección y la intensidad que la fuente radia por 
igual en todas direcciones (fuente isótropa). Los valores positivos del índice de 
directividad indicaran una ganancia con respecto a una fuente isótropa, mientras que los 
valores negativos indicaran una perdida. El índice de directividad será 1dB para una 
fuente omnidireccional y aumentará en relación a la frecuencia, para un pistón circular 
rígido en el final de un tubo circular, el DI se incrementa de 1.1 dB a 9.6dB mientras que 
ka 1 aumenta de 0.5 a 3.0. En la figura 2.2 se aprecia como un pistón circular aumenta 
no-linealmente su directividad (o disminuye su Beamwidth o ángulo de apertura, en 
grados) en relación a ka, además se encuentra en el lado derecho de la figura, una tabla 
que muestra la frecuencia de corte superior de un altavoz en relación a su tamaño y al 
ancho de banda generado. 
 
 
Figura 2.2. La gráfica presentada al lado derecho representa el ángulo de apertura (Beamwidth) v/s Ka, el 
ángulo de apertura es el ángulo a partir del eje primario donde el nivel de radiación disminuye en -3,-6 y -
10dB respecto al nivel existente. El lado derecho de la figura muestra una tabla con los límites superiores de 
frecuencias para un valor de -6dB para distintos tamaños de altavoces y ángulos de apertura [Starobin, 
1998]. 
 
 Considerando el tamaño estimado que debiera tener la FSO y lo mostrado en la 
figura 2.2, se resuelve que con la utilización de un altavoz de 4”o 5” se obtendrá un 
 
1
 El termino ka relaciona la frecuencia y el diámetro del altavoz (a) , a través de k conocido como “número de 
onda” que es resultado de la razón entre la frecuencia y la velocidad del sonido 
345Mts/seg. aprox. 
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17 
adecuado volumen final para la caja acústica ya que, en un aproximamiento teórico, este 
tendría un ángulo de apertura de 90° con una disminución de -6dB a la frecuencia de 
5.3KHz. 
 
El hecho de considerar un altavoz pequeño con un rango de frecuencias 
aprovechable de 100 a 5k Hz trae algunos problemas asociados, ya que en audio 
profesional es muy difícil encontrar un woofer o un parlante de rango extendido de este 
tamaño, puesto que generalmente las cajas acústicas tradicionales ocupan combinaciones 
de woofers de 12” o más para reproducir frecuencias bajas/medias, y tweeters o drivers 
de compresión para reproducir las frecuencias medias/altas. Es por esta razón que se 
considerará la utilización de un altavoz multivías que debido a su utilización en audio 
automotriz, se encuentra disponible en diámetros pequeños. En el Anexo A se entrega la 
descripción de algunos de los altavoces disponibles que poseen el diámetro buscado junto 
con un resumen de características básicas entregadas por los fabricantes. 
 
 Una vez confeccionada y analizada la lista de los altavoces, se adquirirá un altavoz 
económico multivías y un altavoz económico del tipo woofer para comenzar las pruebas 
preliminares. Estos altavoces darán una idea de cómo se comportan estos 2 tipos de 
parlantes frente a distintas señales de entrada, potencias, montajes, etc. Los altavoces 
seleccionados son: 
 
 Altavoz de 2 vías, Blaupunkt GTX402 de 4” de diámetro. 
 Altavoz tipo Woofer, Best America 5830/90 de 4” de diámetro. 
 
Ambos altavoces son de bajo costo, fabricados en China y poseen características 
similares en cuanto a potencia máxima y diámetro, esto último resulta ventajoso ya que 
se deberá confeccionar solo una caja dodecaédrica de prueba para testear ambos 
altavoces. 
2.1.2 Pruebas preliminares de las características de los altavoces 
 Las pruebas realizadas a los altavoces fueron efectuadas en el Laboratorio de 
Acústica de la UACh. El objetivo de estas pruebas fue verificar que las características de los 
altavoces fueran las adecuadas para su posterior utilización en la FSO. Como es sabido, el 
desempeño de un altavoz estará limitado para frecuencias bajas por la caja acústica que lo 
contenga, esto debido a que la caja acústica es la aproximación práctica a la utilización de 
un sonodeflector infinito ideal. Para un altavoz sin caja acústica, la caída aproximada de su 
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18 
curva de respuesta en frecuencias será de 6dB/octava a partir de alguna frecuencia 
cercana a su frecuencia de resonancia, asemejándose al comportamiento de un filtro pasa 
alto de primer orden; en cambio, con la utilización de una caja acústica es posible 
extender esta caída según como esta interactúe con el altavoz, logrando así aumentar el 
rango en el que el altavoz posee una respuesta plana en bajas frecuencias, 
aproximándose con ello al comportamiento de un filtro pasa alto de segundo orden con 
una caída de 12 dB/octava. Lo anterior conlleva la necesidad de que se realicen pruebas 
preliminares con los altavoces montados en una caja acústica de prueba. En este caso, se 
construyó undodecaedro de prueba en madera MDF, con un diámetro de lado de cada 
pentágono de aproximadamente 13 cm (medida exterior) y 11.5 cm (medida interior), y 
con un volumen interior resultante de 16.77 Litros. A esta caja de prueba se le perforó 
una circunferencia de 10cm (4”) para instalar los altavoces. 
2.1.2.1. Determinación preliminar del NPS máximo y respuesta en frecuencia de 
los altavoces 
 El primer experimento consistió en determinar de manera aproximada el NPS 
máximo que es producido por los altavoces, así como su respuesta en frecuencia a un 
ruido aleatorio. La determinación del NPS entregará una primera aproximación del nivel 
sonoro que eventualmente podría generar la FSO y, dado que en ambos altavoces se 
utiliza la misma instalación, es posible comparar los resultados obtenidos para ambos 
parlantes. Lo mismo ocurre para el caso de la respuesta en frecuencia de los altavoces ya 
que se tiene la posibilidad de observar gráficamente ambas respuestas y comparar 
visualmente los resultados obtenidos. 
 
Los equipos utilizados en las pruebas fueron los siguientes: 
 
 Amplificador de potencia, 2 canales, 25W por canal TASCAM PA-20 MKII. 
 Multitester digital KEITHLEY 2100 6 ½. 
 Ecualizador gráfico, 2 canales, 31 bandas DOD 231. 
 Reproductor de CD HARMAN/KARDON HD7325. 
 Computador Dell Inspiron 1525 con software Spectra Plus 5.0. de Pioneer Hill 
Software. 
 Micrófono de Condensador de patrón cardioide Audio-Technica. 
 Sonómetro Rion NL-20 y calibrador Rion NC-73. 
 Pedestales para el micrófono y el sonómetro. 
 
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19 
La cadena del montaje experimental para la generación y recepción del audio se muestra 
a continuación: 
 
 
Figura 2.3. Montaje experimental para medición del NPS y de la respuesta en frecuencia de los altavoces. 
 
 Como se puede observar en la figura anterior, la fuente de prueba fue colocada en 
el interior de la sala anecoica y tanto el sonómetro como el micrófono previamente 
calibrados fueron colocados a una distancia de 1 mt. de la fuente; se procuró que el nivel 
de presión indicado por el sonómetro fuera el mismo que el indicado por el software, 
calibrando este último de acuerdo al nivel indicado por él sonómetro (referencia). La 
función del ecualizador en la cadena de audio es atenuar las frecuencias que están fuera 
de nuestro rango de interés (f > 5kHz) en la utilización de ruido rosa como señal de 
excitación; no se dispuso de un crossover para que fuera utilizado como filtro pasa 
bajos/medios y que eliminara completamente las frecuencias sobre 5KHz. En una primera 
medición para ambos altavoces con el amplificador en su máxima potencia los resultados 
son los siguientes: 
 
 Tabla 2.1. Valores comparativos del NPS con el amplificador entregando 30W de potencia (potencia 
máxima de los altavoces) para 1KHz y para ruido rosa. 
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20 
 
Es importante señalar que debido a que la impedancia de ambos altavoces es 
distinta (4 ohm para el parlante Blaupunkt y 8 ohm para el parlante Best America), no es 
posible comparar ambos altavoces con un nivel de potencia fijo para el amplificador, ya 
que el altavoz de 4ohm estaría “cargando” en mayor medida el amplificador que el altavoz 
de 8ohm obteniendo como resultado una mayor potencia. Para solucionar este problema 
y tener una medida comparable entre ambos es habitual realizar mediciones con una 
misma potencia de salida, es decir, comparando 1 watt de potencia eléctrica, que para el 
caso del altavoz de 4ohm significará medir un voltaje de 2Vrms a la salida del amplificador, 
mientras que para el altavoz de 8ohm significará medir un voltaje de 2.83Vrms. Si se 
quisiera realizar una medida comparativa con absoluta precisión sería necesario encontrar 
el voltaje exacto con una resistencia con dicho valor, ya que los valores de impedancias 
indicados por los fabricantes son aproximaciones obtenidas de las curvas de impedancias 
para distintas frecuencias. En este caso, con el objetivo de facilitar las mediciones y ya que 
nuestro grado de precisión no es en absoluto crítico, se decidió calibrar estos valores 
entregando un tono puro de 1KHz al altavoz. 
 
 
Potencia 
eléctrica(Watts)
Voltaje de salida 
(Vrms)
Impedancia del 
altavoz(ohms)
NPS a 1KHz, leq de 
1 min. (dB lineal)
NPS ruido rosa, leq de 
1min.(db lineal)
Altavoz Best 
America
30 15,5 8 94 89,4
Altavoz 
Blaupunkt 30 11 4 94,8 83,9
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21 
Figura 2.4. Espectro de respuesta en frecuencias comparativo para ruido rosa a 1 Watt de potencia eléctrica 
para los altavoces Best America (curva naranja) y Blaupunkt (curva verde). 
 
 En la figura anterior se aprecia que ambas curvas (overlays) son muy similares 
entre sí, salvo por una diferencia de niveles a favor del altavoz Blaupunkt sobre todo en las 
frecuencias medias/altas; esta diferencia probablemente es debida a la influencia tweeter 
parte del diseño de 2 vías del altavoz Blaupunkt. También es posible visualizar el ruido 
eléctrico (50Hz) producido por el amplificador alimentado con corriente alterna. 
2.1.2.2. Determinación de la sensibilidad del altavoz y porcentaje de distorsión 
armónica 
 El montaje para determinar la sensibilidad del altavoz es el mismo que el utilizado 
para la medición del NPS máximo de la figura 2.3, salvo que en esta oportunidad se 
realizaron mediciones del NPS con tonos puros entregándoles a los altavoces 1W de 
potencia medida a una distancia de 1 metro. El sonómetro se programó para entregar el 
NPS equivalente a 1 minuto de medición (Leq 1 min), con tiempo de integración Slow. Si 
bien, es habitual utilizar solo un tono puro de 1KHz para obtener este parámetro, en este 
experimento se decidió realizar mediciones con 11 tonos puros que van desde los 100Hz 
a los 5KHz con el propósito de visualizar las diferencias de nivel entre los altavoces en todo 
el espectro. Además de esto, se incluyó una medición del NPS generado con ruido rosa al 
mismo nivel que el tono puro de 1KHz (referente al voltaje medido en la salida del 
amplificador). 
 
 
Figura 2.5. Montaje experimental para la medición de la sensibilidad de los altavoces. 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
22 
 
 
Figura 2.6. Resultados a las mediciones de sensibilidad efectuadas a los altavoces. 
 
 De los resultados mostrados en la figura 2.6 es perceptible concluir que el altavoz 
tipo woofer marca Best America tiene una mayor sensibilidad en frecuencias bajas (< 
630Hz), mientras que el altavoz de 2 vías posee una mayor sensibilidad en las frecuencias 
mayores a 630Hz. Es importante destacar que los resultados de esta medición difieren de 
los anteriores ya que, para este caso, es necesario aumentar el nivel del amplificador a 
medida que se generan tonos puros a frecuencias más altas, esto, para mantener el 
voltaje constante y con ello la potencia eléctrica asociada. El valor de la sensibilidad 
estándar a 1kHz es de 81.4dB para el altavoz Blaupunkt mientras que el del altavoz Best 
America es de 80.3dB. De la medición adicional utilizando ruido rosa como señal de 
excitación, el altavoz Blaupunkt también generaría un mayor nivel (aproximadamente 5dB 
de diferencia). El total de las mediciones se encuentra disponible en el anexo B. 
 
 Debido que, para la obtención de las curvas y resultados anteriormente expuestos 
fue necesaria la utilización de una cadena de audio, también es indicado cuantificar la 
cantidad de ruido que es generado tanto por el conjunto reproductor-ecualizador-
amplificador-parlante como por la cadena de grabación micrófono-computador. El 
porcentaje de distorsión harmónica total (THD) y el porcentaje de distorsiónharmónica 
total + ruido (THD+N) son 2 parámetros utilizados habitualmente para este fin, puesto que 
a medida que este porcentaje sea menor, se obtendrá una respuesta más limpia. El THD 
es calculado a partir de la razón entre el nivel máximo de la frecuencia pico o 
fundamental de una señal y el nivel máximo del total de los componentes armónicos de 
dicha señal, sin incluir el ruido residual, mientras que el THD+N es calculado a partir de la 
razón entre el nivel máximo de la frecuencia fundamental de entrada y el nivel de los 
60,0
65,0
70,0
75,0
80,0
85,0
90,0
95,0
100Hz 160Hz 250Hz 400Hz 630Hz 1KHz 1.5KHz 2KHz 3KHz 4KHz 5KHz R. rosa
N
P
S 
(d
b
 li
n
e
al
)
Tonos puros 
Gráfico comparativo entre altavoces
Altavoz Blaupunkt Altavoz Best America
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23 
componentes armónicos más el ruido producido. Generalmente se usa un tono puro de 
1kHz para la realización de estas medidas y se debe procurar que el nivel registrado no 
sature la tarjeta de audio del computador. Otro parámetro a obtener es la relación señal 
ruido (SNR), que es la diferencia entre el nivel pico de la frecuencia fundamental 
encontrada y el ruido existente en el espectro; esta magnitud es expresada en decibeles. 
 
 Debido a que se utilizará la misma cadena de grabación para ambos altavoces 
(figura 2.3.), se estima que las medidas son comparables entre si y es de esperar que las 
diferencias entre las distorsiones producidas por cada altavoz se deban principalmente a 
la calidad y a la capacidad de estos de reproducir un tono puro sin distorsión. Se realizaron 
3 mediciones para cada altavoz a una potencia total de 20W y 3 mediciones a una 
potencia de 30W registrando los parámetros anteriores con la ayuda del software Spectra 
Plus 5.0. 
Tabla 2.2. Resultados para la medición de las distorsiones THD, THD+N y de la relación señal ruido SNR. 
 
 De la tabla 2.2 se observa que la distorsión producida por el altavoz Blaupunkt es 
significativamente mayor que la producida por el altavoz Best America y que este último 
posee además una mayor relación señal ruido, lo que lleva a concluir que el altavoz 
Blaupunkt, si bien genera un mayor nivel de presión sonora frente a tonos puros, lo hace 
en desmedro de la calidad de la señal. 
2.1.3. Determinación de los parámetros de Thiele & Small de los altavoces 
 
 Hoy en día es posible conocer de antemano el desempeño de un altavoz si se 
cuenta con los parámetros teóricos que lo describen, estos parámetros tienen la 
Parametros 
altavoces 
Promedio mediciones 
altavoz Blaupunk
Promedio mediciones 
altavoz Best America
THD, 20W (%) 3,58 1,32
THD+N, 20W(%) 4,3 2,7
SNR, 20W(dB) 27,3 31,3
THD,30W(%) 3,34 1,62
THD+N, 30W(%) 3,96 2,60
SNR, 30W(dB) 28,17 31,67
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24 
desventaja de que no pueden ser determinados en forma directa una vez que el altavoz ya 
ha sido ensamblado. Una alternativa ampliamente usada para solucionar este problema la 
constituyen los parámetros de Thiele & Small, denominados así en honor a sus creadores 
quienes los introdujeron entre 1961 y 1973. Dichos parámetros son esencialmente de 
resonancia y tienen la ventaja de que pueden ser determinados a partir de ensayos en 
laboratorio. Antes de detallar los aspectos prácticos de la medición de los parámetros de 
Thiele & Small es conveniente resumir el modelo generalizado y el circuito equivalente de 
un altavoz montado sobre una caja acústica. Este modelo fue descrito a principios de los 
años 70 en una serie de publicaciones hechas por Small. 
 
En el modelo presentado a continuación, figura 2.7, se incluyen el altavoz, el 
radiador pasivo2 y las pérdidas producidas por las filtraciones en la caja; las contribuciones 
acústicas de estos componentes pueden ser representados con las velocidades de 
volumen . Para frecuencias bajas, donde el espaciamiento entre las 
dimensiones de la fuente son mucho más pequeñas que la longitud de onda, el sistema 
puede ser tratado como una combinación de fuentes simples donde la velocidad de 
volumen resultante es producto de la suma de las contribuciones de cada componente: 
 [Starobin, 1998]. 
 
 
Figura 2.7. Modelo generalizado de un sistema de altavoz-caja, representan las velocidades de 
volumen del altavoz, del radiador pasivo y de las pérdidas de la caja respectivamente. 
 
2
 El radiador pasivo o Port (PR) es parte de un diseño de caja acústica conocido como Bass-reflex y consiste 
en una apertura sintonizada (port) donde se encuentra una sección con un área y un largo donde se 
“confina” una masa de aire (Map) que resuena con la influencia del aire que se encuentra al interior de la 
caja (Cab). 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
25 
 
La figura 2.8 muestra la analogía acústica del circuito tipo impedancia para el 
modelo anteriormente mostrado. El circuito representa el comportamiento de un 
radiador directo como pistón circular plano; para esta representación se omitieron los 
parámetros propios del altavoz dependientes de la frecuencia, ya que éstos no tienen 
ningún efecto en el rango de frecuencias de interés (frecuencias bajas). 
 
 
 
Figura 2.8. Circuito acústico análogo tipo impedancia para un altavoz de radiación directa, las velocidades de 
volumen están en las 3 ramas paralelas: Caja, pérdidas, y radiador pasivo, representadas por 
respectivamente. La velocidad de volumen del altavoz es [Small, 1972]. 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Una vez expuestos los parámetros anteriores se puede definir ahora los 
parámetros de baja señal (small - signal) con los cuales se expresarán los parámetros de 
Thiele & Small. Los parámetros electromecánicos fundamentales del altavoz son: 
 
 
 
 , de los cuales los últimos 3 
son las analogías mecánicas de sus contrapartes acústicas mostradas en la figura 2.8. 
Finalmente los parámetros de Thiele & Small utilizados para el diseño y análisis de los 
sistemas de altavoces son los siguientes.Este quinto parámetro , presta utilidad para evaluar el diseño del altavoz ya que 
es una medición normalizada de la fuerza del motor del altavoz (driver) proporcional a la 
eficiencia acústica e inversamente proporcional a . 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
27 
 
La figura 2.9.a muestra el circuito equivalente de un altavoz dinámico, los 
elementos 
 
 
 , representan la 
compliancia, masa y resistencia del altavoz respectivamente. Los parámetros 
representan la parte inductiva dependiente de la frecuencia y la parte resistiva de la 
bobina, mientras que es la resistencia eléctrica al paso de corriente continua (DC). Si se 
observa la figura 2.9.b se ve que la curva de impedancia comienza con , luego tiene un 
pico en la frecuencia de resonancia , cae a un valor cercano a para luego comenzar a 
ascender de nuevo producto de la influencia de la inductancia de la bobina. Para la 
obtención de los parámetros de Thiele & Small es necesario obtener esta curva a partir de 
mediciones prácticas para luego obtener los parámetros según las ecuaciones mostradas 
en la figura 2.9.b. 
 
Figura 2.9.a. y 2.9.b. Circuito equivalente de un altavoz dinámico (arriba) y curva de impedancias de un 
altavoz dinámico (abajo) [Starobin, 1998]. 
 
 Para realizar la medida de los parámetros de T&S se utilizó el siguiente 
equipamiento: 
 
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28 
 Generador digital de señales y amplificador, Pasco PI-9587C. 
 Multitester digital KEITHLEY 2100 6 ½. 
 Resistencia de 5 o 10W (valor entre cercano a los 10 ohm). 
 Cables, pinzas de cocodrilo. 
 Altavoces y caja acústica. 
El montaje para la medición es el mostrado en la figura 2.10; salvo que para esta 
medición se contó con un generador de señales con amplificador integrado. El altavoz se 
suspendió con ayuda de unas lienzas procurando de no tener ninguna superficie 
reflectante en una distancia de al menos 1mt. El amplificador a utilizar debe ser capaz de 
reproducir desde 10Hz a 20KHz sin variación en voltaje de salida, además, es totalmente 
necesario que sea insensible a cualquier carga sobre 4 ohm. El oscilador de audio debe 
también producir una señal con la distorsión relativamente baja, y el voltaje de la salida 
no debe variar mientras se ajusta la frecuencia [Proaudio, 2009]; estos requerimientos 
fueron verificados para equipo Pasco a utilizar. 
 
Figura 2.10. Montaje para determinación de los parámetros de Thiele & Small [Proaudio, 2009]. 
 
 Los resultados de esta medición se obtendrán realizando un barrido de frecuencias 
con tonos puros registrando los valores de voltaje y frecuencia para finalmente obtener la 
curva de impedancias del altavoz, la cual entregará la información necesaria para la 
obtención de los parámetros . 
2.1.3.1. Medición del altavoz Best America 
Se midió el valor exacto de la resistencia DC del altavoz con ayuda del multitester, 
(Re=9 ohm incluyendo al cable), y el valor de la resistencia adicional (Rs=10 ohm). El 
voltaje de salida para la fuente es de 1 Vrms para cualquier tono puro en el espectro de 
frecuencias de 20Hz a 10KHz. a continuación se realizó un barrido de frecuencias 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
29 
registrando los valores del voltaje en la resistencia Rs buscando encontrar el valor más 
bajo que identifique a la frecuencia de resonancia. La figura 2.11 muestra la curva de 
impedancias obtenida para el altavoz tipo woofer, la frecuencia de resonancia del altavoz 
es de 107Hz punto en el cual la impedancia presenta un pico; como es sabido, a 
frecuencias mayores la curva presenta un aumento gradual de la impedancia producto de 
la influencia de la inductancia de la bobina. El total de las mediciones se encuentran en el 
anexo C. 
 
 
Figura 2.11. Curva de impedancias del altavoz Best America, la frecuencia de resonancia del altavoz se 
encuentra en 107Hz. 
 
A continuación, es necesario evaluar ecuaciones presentadas en la figura 2.9.b para 
encontrar los parámetros buscados: 
 
 
 
Si se multiplica r1 por Re se obtiene la impedancia con la que debemos buscar los valores 
f1 y f2: 
 
 
 
Con lo que los valores aproximados para f1 y f2 serían aproximadamente de 87 y 131 Hz 
respectivamente. A modo de comprobación se tiene que: 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para el cálculo de es necesario contar con el valor de la compliancia mecánica de la 
suspensión 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ahora con estos datos es posible determinar el valor de : 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
Finalmente, uno de los parámetros que definen la calidad del parlante es su 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
31 
rendimiento de referencia o eficiencia de referencia del altavoz. Este parámetro valido 
únicamente dentro de la región lineal del altavoz cuantifica el porcentaje de la energía 
eléctrica entregada que es finalmente convertida en energía sonora. Para altavoces de 
radiación directa de buena calidad este parámetro debiera estar entre 0.5% y 1.5%. Para 
encontrar este valor es necesario determinar el parámetro que corresponde al valor 
de la masa mecánica del altavoz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Finalmente, la eficiencia del altavoz está definida por la siguiente ecuación [Sommerhoff, 
2007]: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
Sin lugar a dudas este valor es muy bajo con respecto a un altavoz de calidad, para 
comprobar este resultado éste parámetro fue obtenido además por medio de la ecuación 
sugerida por Starobin. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
2.1.3.2. Medición del altavoz Blaupunkt 
Para este caso, el valor de la resistencia del altavoz es Re=3.8 ohm incluyendo el 
cable, y el valor de la resistencia adicional es la misma usada para el caso anterior (Rs=10 
ohm). El voltaje de salida para la fuente es de 1Vrms para cualquier tono puro en el 
espectro de frecuencias de 20Hz a 10KHz. La figura 2.12 muestra la curva de impedancias 
obtenida para este altavoz, la frecuencia de resonancia del altavoz es de 109Hz punto en 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
32 
el cual la impedancia presenta un pico; en este caso, dado que el diseño del altavoz es de 
2 vías, el comportamiento en frecuencias superiores a la resonancia varia, alcanzando 
menores niveles que en un altavoz tipo woofer. El total de las mediciones se encuentran 
en el anexo C. 
 
 
Figura 2.12. Curva de impedancias del altavoz Blaupunkt. La frecuencia de resonancia del altavoz se 
encuentra ubicada en 109Hz. 
 
A continuación es necesario evaluar ecuaciones para encontrar los parámetros buscados:Con lo que los valores aproximados para f1 y f2 para este caso serían aproximadamente 
de 101 y 120 Hz respectivamente. A modo de comprobación se tiene que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para el cálculo de es necesario contar con el valor de la compliancia mecánica de la 
suspensión 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ahora con estos datos es posible determinar el valor de : 
 
 
 
Siguiendo el mismo procedimiento anterior, es necesario determinar el valor : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Finalmente, la eficiencia del altavoz está definida por la siguiente ecuación [Sommerhoff, 
2007]: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diseño y construcción de una fuente sonóra omnidireccional | Ingeniería Civil Acústica 
 
34 
En este caso se obtuvo un valor erróneo para la eficiencia del altavoz, si obtenemos este 
parámetro a través de la ecuación sugerida por Starobin. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
Los valores para la eficiencia del altavoz en este caso no coinciden y no son 
coherentes. Esto es debido a que el procedimiento de medida y cálculo de este parámetro 
y demás parámetros de Thiele & Small están diseñado para altavoces comunes tipo 
woofers, no para altavoces de 2 vías. En estos altavoces el tweeter va ubicado en el centro 
del altavoz reemplazado el lugar ocupado por el domo del diafragma, por lo tanto son 2 
altavoces en uno y dado que no es posible separar la influencia del altavoz de agudos las 
ecuaciones anteriores no son válidas. 
2.1.3. Conclusiones de la elección del altavoz 
 Una vez realizadas y analizadas las pruebas preliminares destinadas a la 
caracterización y comparación de los dos altavoces seleccionados, nos encontramos en 
condiciones de realizar la elección de uno de ellos para su uso en la FSO. 
 
Pese a que los resultados obtenidos no fueron los esperados para ninguno de los 
dos parlantes, se ha optado por la utilización del altavoz Best America 5830/90 de 4” de 
diámetro y 8 ohm. Si se analizan los resultados en cuanto a la respuesta en frecuencia de 
los altavoces es intuitivo concluir que la diferencia entre ambos es muy poca. A la hora de 
comparar los NPS producidos (tabla 2.1) se aprecia que el parlante seleccionado posee un 
mayor nivel de presión sonora cuando se le aplica una señal de ruido rosa, ruido que junto 
al ruido blanco son ampliamente utilizados para mediciones acústicas. Por otro lado la 
evaluación de la distorsión producida por los parlantes (tabla 2.2) se observa que las 
distorsiones producidas por el conjunto de la cadena de audio más el altavoz son menores 
en el caso del altavoz Best America. 
 
Pese a que la eficiencia del altavoz Best America es deficiente, lo cual es lógico 
esperar de un altavoz económico, es posible determinar parámetros de Thiele & Small los 
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35 
cuales pueden ser ocupados para visualizar, de manera a priori, la respuesta que tendrá el 
conjunto altavoz más caja acústica. 
 
Finalmente, si se analizan los costos de ambos altavoces, se observa que el altavoz 
Best America tiene un costo de un 40% del valor del altavoz Blaupunkt, diferencia que se 
debe considerar si se contempla la compra de al menos una docena de ellos. 
2.2. Diseño y construcción de la caja acústica 
 Existen principalmente dos tipos de cajas para ser utilizadas en la FSO, las cajas 
cerradas y las del tipo Bass-réflex. De estas opciones, el diseño de una caja Bass-réflex 
para esta aplicación, si bien tendría el plus de contar con una interesante extensión en el 
rango para frecuencias bajas, complicaría en demasía su construcción práctica, ya que 
como se señaló anteriormente, la forma de la caja acústica es la de un dodecaedro 
regular. La posibilidad de construir una caja cerrada se convierte en la opción más viable 
para nuestro propósito considerando el tamaño final que ésta deberá tener y la facilidad 
para su construcción. En lo respectivo a su tamaño, se necesita que la caja sea lo más 
pequeña posible, para así reducir su peso y con esto facilitar su traslado. Acústicamente 
hablando, una caja pequeña será considerada como una suspensión acústica (AS, Acoustic 
Suspension), cuando la compliancia del altavoz sea al menos 3 veces más grande que la 
de la caja acústica que la contiene, mientras que será considerada como bafle infinito (IB, 
Infinite Baffle) en caso contrario. Para diseño, una caja AS posee una ventaja sobre la IB (o 
caja cerrada de grandes dimensiones), y es que el aire contenido en la caja posee una alta 
rigidez3, lo cual es requerido para restaurar la fuerza que es aplicada sobre el cono; 
mientras que en una caja tipo IB, esta fuerza es producida sólo por la suspensión del cono 
[Starobin, 1998]. Por otro lado se sabe que con una caja IB se obtendra una mejor 
respuesta en bajas frecuencias. 
 
 Es conveniente utilizar un volumen de caja acústica similar al prototipo ya 
construido para las pruebas preliminares a los altavoces estimando que este tendrá un 
volumen y peso adecuado para su óptimo traslado. El volumen del dodecaedro puede ser 
estimado conociendo la medida interior los lados de los pentágonos que lo conforman. 
 
 
 Volumen del dodecaedro: 
 
3
 Si analizamos el hecho de que en una caja pequeña se cumple que , entonces un bajo valor de 
 es requisito para una caja de estas características. 
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36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Volumen adicional producto del espesor de la madera: 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
Finalmente, el volumen interior del dodecaedro incluyendo el anillo circular de 
la madera producto del espesor es de . 
 
De acuerdo con esto el valor de esta dado por la siguiente ecuación: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
De la ecuación (16) ya se cuenta con la compliancia mecánica del altavoz, con esta 
se puede obtener la compliancia acústica de la suspensión: 
 
 
 
 
 
 
Con lo anterior, es fácil comprobar la condición para una caja IB, debido a que no 
se cumple con la condición Además, es posible calcular la proporción entre 
las compliancias: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Debido a que en la práctica no es posible tener un gran volumen de caja en la FSO 
se consideró que la eficiencia máxima teórica del sistema altavoz caja no es un parámetro 
de relevancia para nuestro estudio ya que es directamente proporcional con el volumen, 
sin embargo, a modo de ejercicio, es posible estimarla. Esta eficiencia está dada porla 
siguiente ecuación: 
 
 
 
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37 
Donde: 
 
 
 
La frecuencia puede ser estimada por la siguiente ecuación: 
 
 
 
Con este dato, la máxima potencia a la cual podría optar el sistema es: 
 
 
 
Como se ha señalado en el comienzo del capítulo, la respuesta de un sistema 
altavoz-caja cerrada toma la forma de un filtro pasa altos de segundo orden (12dB/oct), 
pero es posible conocer el comportamiento particular de cada sistema a frecuencias 
cercanas a la frecuencia de resonancia del sistema altavoz-caja si se conoce el total 
del sistema para dicha frecuencia . La figura 2.13 muestra el comportamiento para 
bajas frecuencias de acuerdo al parámetro mencionado. 
 
 
Figura 2.13. Respuesta en frecuencias para un sistema altavoz-caja cerrada para distintos valores de 
[Starobin, 1998]. 
 
Como se observa en la figura anterior, es posible obtener una mayor respuesta en 
bajas frecuencias si se puede controlar el valor de , para valores de mayores a 
0.707 se producirá un incremento de la respuesta en frecuencias bajas pero solo a 
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38 
expensas de un pico en las frecuencias cercanas a (respuesta sub-amortiguada). Para 
valores inferiores a 0.707 se producirá una respuesta en bajas frecuencias más moderada 
(respuesta sobre-amortiguada). Para encontrar el valor de aproximado de nuestro 
sistema es necesario calcular los siguientes parámetros: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 4 
Finalmente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se deduce a partir del valor de obtenido, que la respuesta en las frecuencias 
cercanas a será sub-amortiguada produciéndose un significativo incremento en la 
respuesta en bajas frecuencias de acuerdo a lo mostrado en la figura 2.13. Existen varias 
formas para disminuir el valor de , moderando la cima producida, por ejemplo, es 
posible incluir material absorbente al interior de la caja aumentando el valor de . Otra 
solución sería aumentar el volumen de la caja lo que produciría un mayor valor para la 
compliancia de la caja . 
 
4
 El valor de la resistencia producida por la absorción de la caja puede ser aproximada a cero dado que 
la caja no posee un revestimiento interior absorbente. Así también para un amplificador de buena calidad la 
resistencia en la salida es lo suficientemente pequeña como para ser despreciable. 
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39 
2.2.1 Construcción del dodecaedro definitivo 
 Una vez definido el volumen del dodecaedro y, por lo tanto, el lado del dodecaedro 
(13cm) es posible comenzar la construcción del modelo definitivo. Por razones de 
economía el material a utilizar es madera MDF al igual que el prototipo de pruebas, salvo 
que para este modelo se adosaran 2 placas de 15mm de espesor para darle una mayor 
firmeza. 
 En primer lugar fue necesario dibujar y cortar los 12 pentágonos que conforman el 
dodecaedro, posteriormente se dibujó y se cortaron los agujeros, uno de 10cm en el 
pentágono exterior y uno de 8cm en el pentágono interior donde irán montados los 
altavoces; a ambas placas se les dio un ángulo de aproximadamente 57° en los cantos para 
su unión entre sí. Una vez cortadas las piezas fueron encoladas y prensadas para fijarlas. 
Ya confeccionados los pentágonos de 2 capas, estos fueron unidos entre sí para formar el 
dodecaedro definitivo. Finalmente se realizó un lijado y una aplicación de pintura aparejo 
para tapar las imperfecciones antes del lijado final que le dará la suavidad deseada al 
acabado. La figura 2.14 muestra el resultado final, en esta etapa fue necesario realizar 
algunos sacados a cada agujero para dar cabida a los terminales eléctricos de los 
altavoces. 
 
 
Figura 2.14. Imagen del dodecaedro listo para darle el acabado final, las manillas de sujeción ya se 
encuentran presentadas. 
 
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2.2.2. Acabado y terminaciones 
 La etapa final de la construcción consiste en la aplicación de la pintura que le 
otorgará la protección y la apariencia al dodecaedro y la instalación de los accesorios. Para 
este propósito se utilizó pintura acrílica aplicada con pistola de compresión y un acabado 
de laca transparente para protección frente a la humedad y a los golpes. Con el propósito 
de montar el dodecaedro sobre un pedestal para cajas acústicas estándar, fue necesario 
diseñar una pieza de sujeción, esta pieza se atornilló en uno de los cantos del dodecaedro 
ya pintado y lacado. La pieza tiene un tubo de diámetro de 38mm, 3 milímetros más que 
los 35mm correspondientes al diámetro estándar de los pedestales para cajas de audio. 
 
 
Figura 2.15. Imagen del dodecaedro ya pintado, con la pieza de sujeción instalada y con los orificios para 
salida de los cables y para el montaje de las rejillas protectoras de los parlantes. 
 
En esta etapa el dodecaedro ya se encuentra listo para el montaje de los altavoces 
los cuales fueron conectados en parejas usando conexión en paralelo entre cada par. La 
forma de conexión está justificada en la siguiente etapa de este estudio de acuerdo al 
diseño del amplificador de potencias. Una vez montados y cableados los altavoces se 
realizó a la instalación de las rejillas protectoras que van montadas sobre cada altavoz y 
los topes de goma sobre los cuales descansa el dodecaedro. 
 
 
 
 
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Figura 2.16. Izquierda: Imagen del dodecaedro en el proceso de instalación y cableado de los altavoces e 
instalación de las protecciones para estos. Derecha: FSO montada sobre el pedestal lista para su utilización. 
2.3 Diseño de la etapa de distribución y amplificación de audio 
 La siguiente etapa en el desarrollo de este trabajo de investigación es el diseño y 
posterior construcción del amplificador de audio que alimentará la FSO. Después de 
analizar el conjunto de posibilidades existentes en cuanto a circuitos e integrados de 
potencia, se propone un diseño de amplificador en base a amplificadores independientes 
para cada altavoz. Las ventajas de esta implementación radican en un menor costo de 
construcción y en la posibilidad de una regulación del voltaje de entrada independiente 
para cada altavoz, pudiéndose efectuar correcciones en cada amplificador si el patrón 
direccional resultante no fuera uniforme. Otra de las ventajas que plantea este diseño es 
que en la FSO no habrá combinaciones de altavoces serie/paralelo que comúnmente son 
usadas para lograr una única impedancia resultante adecuada para él amplificador. 
Debido a que en este tipo de conexiones la corriente circula a través de las bobinas de los 
altavoces, existen desfases entre las relaciones entre voltaje y corriente, lo cual perjudica 
el objetivo principal que es que todos los altavoces radien energía sonora en fase para así 
evitar interferencias destructivas que afecten el patrón direccional. Una de las desventajas 
que presenta un diseño de estas características es que el funcionamiento de la FSO 
dependerá