La Necesidad

Todos los transductores de baja frecuencia usados en nuestra línea de productos son diseñados por nosotros y fabricados específicamente para nosotros por proovedores externos bajo arreglos comerciales de exclusividad. Este arreglo nos permite afinar los diseños a través del tiempo, optimizando su funcionamiento y mejorar la integración con lo diseños de los gabinetes y nuestra electrónica y amplificadores de diseño propio.

A pesar de ello, por muchos años adquirimos unidades de compresión de fabricantes como Yamaha (para unidades de tres pulgadas) y JBL (unidades de cuatro pulgadas) como clientes regulares. Estsa compañías no estaban interesadas en arreglos de exclusividad y, como compradores de volúmenes realtivamente pequeños no podíamos influenciarlos para modificar sus productos para nuestras necesidades específicas. En consecuencia, hemos tenido que rehacer el trabajo de ingeniería con estas caras unidades para poder mejorar su funcionamiento a los altos estándares de funcionamiento, confiabilidad y conitencia que exigimos.

MS-2010A's

Por ejemplo, en el caso de las unidades de compresión JBL 2450 de 4 pulgadas, nuestras modificaciones implicaban reemplazar los conectores estándar de plástico con terminales bañada en oro, más confiables y reemplazar el diafragma de titanio con una versión alterna de aleación de aluminio con menor distorsión. También reconstruiamos y amortiguabamos la rígida suspensión de metal en 'diamante' para aumentar su vida útil reduciendo la fatiga y también sellabamos la bobina de manera que pudieramos utilizar enfriamiento por ferrofluido para mejorar la disipación de potencia. Todas estas modificaciones consumían mucho tiempo y eran costosas - lo cual hacía que una pieza cara lo fuera aú más. Además nos sentimos vulnerables ya que eramos solo un pequeño cliente del único proovedor.

La Solución

La unidad de agudos es realmente el corazón del producto y es crítico para el sonido final, asi que la respuesta obvia era desarrollar nuestra propia línea de transductores de compresión. Sin embargo, es un gran paso desde tomar y modificar el producto de alguien más hasta construir el tuyo propio partiendo desde cero. No mucha gente hace trasnductores de esta calidad - realmente solo están TAD y JBL - y estabamos entrando a algo desconocido para nosotros, pero en competencia con estos productos bien establecidos.

Los beneficios eran importantes, pese a ello. Fabricar tus propios transductores afianzaría la seguridad y la longevidad de la materia prima. Tendríamos completo control sobre todos los parámetros de diseño, permitiéndonos optimizar la relación entre transductor, la electrónica y los difusores. Al trabajar directamente con el diseñador de la electrónica odemos dar una vuelta al proceso mucho más rápidamente para optimizar el amplificador y el transductor para que trabajen idealmente entre sí. También seríamos capaces de refinar el producto a la luz de la experiencia o de nuevas tecnologías, mejorar su confiabilidad y garantizar la consistencia entre unidades.

Sin embargo, no queríamos tener la presión de tener que desarrollar un transductor de vanguardia con prisas, así que levantamos instalaciones completamente nuevas con gente nueva y la manejamos independientemente para evitar cualquier clase de confusión con el trabajo de reconstrucción de transductores que continuaba paralelamente.

Cuestiones de Diseño

Nuestro primer diseño de una unidad de agudos fue una unidad de compresión de 3 pulgadas - el 1401M - sencillamente porque las cuestiones técnicas involucradas eran más fáciles de solucionar en una unidad de este tamaño. No se encuentra bajo tanto estrés o presión como una de cuatro pulgadas, porque hay mucha menor masa implicada en un mecanismo má pequeño. El 1401M reemplazó a una unidad Yamaha modificada ya ha estado en producción por casi tres años. Solo cuando nos sentimos suficientemente seguros sobre el diseño comenzamos con el nuevo diseño de la unidad de cuatro pulgadas, el 2010. Nuestro objetivo fue igualar el funcionamiento de nuestras unidades JBL modificadas, pero con una mucho mayor vida útil. Cada aspecto del diseño fue evaluado y ningún detalle fue demasiado pequeño para ser cuidadosamente considerado.

Por ejemplo, teníamos varias opciones de materiales para usar en el diafragma. El titanio tiene una buena respuesta de alta frecuencia, porque es mucho más rígido, pero también tiene relativamente mayor distorsión y tiende a fatigarse rápidamente. El aluminio puro tiene un mayor ciclo de vida pero su respuesta de alta frecuencia no es tan buena. El berilio tiene un buena mezcla de cualidades en téminos de eficiencia, longevidad, y respuesta de frecuencia, pero es un material extemadamente tóxico para trabajar con el, así que lo decidimos muy rápidamente. Nuestra investigación nos llevó eventualmente a una aleación de aluminio que dió una respuesta de frecuencia satisfactoria con una buena expectativa de vida útil.

Nuestra unidad de tres pulgadas utiliza un imán cerámico pero el mayor diámetro de la bobina del 2010 requiere de un campo magnético mucho más fuerte para lograr la densidad de flujo necesaria. Lograr eso con un imán de cerámica habría producido un transductor que pesaría cerca de 15 kilos y ¡rompería el difusor sobre el que estaría montado! Para ser práctico el transductor tendría que pesar no más de 5 kilos y por lo tanto el neodimio fue la opción obvia.

La intensidad del campo magnético es crítica en una unidad de agudos, ya que limita la respuesta de alta frecuencia. Por ejemlo, un campo de 18,000 gauss permite la generación de frecuencias más altas que un campo de 16,000 gauss. Con una unidad de graves puede que no sea necesario más de 14,000 o 16000 gauss porque no estas tratando de operarlo a 20kHz, y en ese caso un imán cerámico funciona perfectamente bien. Sin embargo, una unidad de alta frecuencia neceista un campo magnético verdaderamente fuerte para poder lograr un funcionamiento de alta frecuencia decente que implica el uso de imánes más costosos de alnico o neodimio.

Acopladores de Fase

Acopladores de Fase

Después del material del diafragma y la intensidad del campo magnético, es el acoplador de fase el que determina el funcionamiento de alta frecuencia, así que pasamos un largo tiempo desarrollando est elemento del diseño. En el 2010 el acoplador de fase está compuesto por cinco anillos separados, cada uno con diferentes ángulos. Es fabricado con un plástico ligero que es resistente a cambio ambientales como temperatur y humedad. Cuando se ensamblan, los anillos producen una serie de ranuras a través del acoplador que canalizan el sonido del diafragma hacia la garganta del difusor. Esta es una parte muy compleja del diseño ya que el diafragma se flexiona de diferente manera a diferentes frecuencias, de forma que el sonido se mueve a través de los canales del acoplador de fase en diferentes maneras.

Una de las limitaciones de las unidades JBL modificadas era una reducción de la energía de salida alrededor de 8kHz causada, entre otras cosas, por cancelaciones internas en el acoplador de fase. en nuestro diseño fuimos cuidadosos al aumentar la cantidad de energía en esta región alrededor de 3 o 4dB y también deseabamos mejorar la eficiencia general de por 1dB más o menos. Sin embargo, teníamos que asegurarnos que nuesro diseño fuera suficientemente similar al de la unidad JBL para perimitir que fuera utilizado en productos existentes sin mayores modificaciones. Después de una gran cantidad de experimentación con diferentes diseños de acopladores de fase y varias geometrías de las ranuras, eventualmente encontramos los beneficios en el funcionamiento que deseábamos. También decidimos seguir usando ferrofluido para igualar las características acústicas de los JBL. (habíamos investigado la opción de enfriar nuestros transductores por aire. El más pequeño 1401 M está enfriado por aire y estamos haciendo una versión enfriada por aire de la unidad de 4 pulgadas - el 2010-S - el cual es utilizado en el monitor de estudio X-10.)

La linealidad de un transductor de agudos es bastante fácil de lograr porque las excursiones son tan pequeñas que la bobina se mantiene siempre dento del campo magnético. En vez de ello el principal mecanismo de distorsión es el alineamiento incorrecto del domo del diafragma con respecto al acoplador de fase - la forma tiene que ser muy precisa para lograr que el acoplamiento de presión funcione apropiadamente. Si está ligeramente desbalanceado el acoplamiento ello provoca toda clase de problemas mecánicos y crea distorsión.

Inspección de Bobinas

Sobre las Bobinas

El cobre puro es relativamente pesado y si se usa para hacer una bobina su alta masa requiere de un campo más intenso para lograr una respuesta de frecuencia satisfactoria. Una alternativa es usar alambre de aluminio más ligero para la bobina pero este tiene que ser unido a las terminales porque no se puede soldar. Investigamos varios materiales para las bobinas y basándonos en la manufacturabilidad y confiabilidad decidimos usar alambre de aluminio recubierto de cobre, el cual es razonablemente ligero pero también puede ser soldado.

Las terminales de la bobina son críticas ya que transfieren toda la potencia y tienen que flexionarse continuamente, de manera que las terminales tienen que ser diseñadas para mejorar su flexibilidad y tienen que reforzarse para reducir la fatiga y extender su vida útil tanto como sea posible.

Confiabilidad

Uno de los principales objetivos del diseño de los transductores fue mejorar su longevidad. Una unidad JBL estándar generalmente dura unos dos años, dependiendo de lo fuerte que se maneje y del ambiente en el que se use - bajo pruebas, en condiciones particularmente difíciles hemos encontrado que han fallado tan solo después de ¡8 meses! Aún cuando nuestras unidades modificadas lograban una mucho mayor longevidad, realmente queríamos duplicar la vida de los transductores, dando entre dos y cinco años de operación confiable. El principal mecanismo de fallas de los JBL fue la fatiga de la suspensión del diafragma - no un exceso de potencia, porque nuesta electrónica puede controlar eso con gran precisión - sino debido a que la suspensión de metal en forma de 'diamante' se endurece con el uso al doblarse y flexionarse. Diseñamos un sistma de suspensión de plástico flexible, pero robusta, que está adherida al difragma de aluminio y tiene una mucho mayor vida útil.

El diseño fundamental del prototipo se llevó cerca de 18 meses y creó un transductor que lograba la calidad sonora, especificaciones y funcionamiento que necesitabamos. Sin embargo, en esa etapa de su construcción no proporcionaba la confiabilidad que necesitabamos y nos llevamos un año más en refinar la forma en que se ensamblaba y los adhesivos que utilizabamos en su construcción - todo en el transductor se mantiene en su posición por un adhesivo de un tipo u otro. Pasamos por varios cambios sutiles durante este proceso, cada uno mejorando el diseño poco a poco hata que llegamos a una unidad para producción muy confiable y consistente.

Diafragmas del MS-2010

Parte de la razón por la cual se llevó tanto tiempo terminar los detalles de construcción fue que un transductor es una pieza muy compleja y que está diseñada para durar mucho tiempo. Consecuentemente, se lleva meses probar y desarrollar algún cambio menor de diseño - no puedes verificar fallas de un día a otro, ¡se lleva semanas y semanas! Las pruebas de vida útil pierden su valor si se hacen rápido y se lleva bastante tiempo para establecer si un cambio pequeño da como resultado una mejoría que valga la pena.

Después de toda las pruebas de laboratorio, con señales de música y ruido de alta potencia durante largos periodos, hicimos pruebas beta de los prototipos de construcción junto con nuestras unidades JBL modificadas. Es importante realizar pruebas en ambientes de trabajo reales porque es de esta manera como las unidades serán usadas y existen condiciones aquí que no pueden duplicarse en el laboratorio. Por ejemplo, los difusores unidos al transductor actúan en ambas formas, no solo transforman y radían sonido del transductor hacia afuera, sino que también enfocan sonidos externos hacia el diafragma, sumándolos considerablemente al estrés que soportan. Nuestras locaciones beta fueron elegidos principalmente de entre los foros que nos estaban dando dolores de cabeza con las garantías - ¡aquellos lugares que dañaban más rápidamente las unidades JBL! Estos eran obviamente los lugares que estaban forzando mas fuertemente a los transductores y por lo tanto proporcionaban los mejores campos de pruebas.

Pruebas de Respuesta de Frecuencia de los MS-1401M

El Proceso de Producción

Ambos transductores de tres y cuatro pulgadas son producidos en una instalación especial dentro de nuestra fábrica en Berkeley, fabricados en pequeños lotes, y construidos a mano por técnicos altamente calificados. ¡Este proceso es tanto ciencia como arte! Aunque trabajamos con una especie de línea de ensamblaje, todos en ella entienden el proceso completo de construcción del producto y pueden realizar cualquier parte de ella. Ello significa que aprecian la importancia de cada etapa y que entienden los efectos que una construcción pobre tiene sobre los resultados en las pruebas. También hemos trabajado con nuestros propios proovedores de manera que entiendan la importancias de las tolerancias en los componentes. Por ejemplo, la placa superior y el polo tienen que ser manufacturados dentro de tolerancias muy altas porque cualquier fluctuación en el ancho de la abertura magnética tiene un impacto directo sobre la respuesta de frecuencia.

Habiendo perfeccionado la técnicas de herramientas y manufactura logramos un muy alto grado de consistencia en el que las fallas de producción casi no existen. Nuestra tasa promedio de rechazo interno hasta el momento ha sido de casi 2%, pero con frecuencia llevamos semanas sin ninguna falla. Un aspecto importante para lograr tasas de fallas tan bajas es la cuidadosa inspección de las partes de los componentes antes de ensamblar. Todos los componentes críticos pasan por una inspección al 100% cuando llegan de los proovedores, de manera que podamos mantener los altos niveles de consistencia y precisión - por ejemplo, la bobinas son verificadas en resistencia, diámetro interior, diámetro exterior,alisado, etc.

Inspección de los Diafragmas

Cada unidad es probada antes del ensamble final y después cuidadosamente medida después de ensamblarse. El resultado es comparado con una unidad de referencia para asegurar una completa conistencia en las especificaciones. Mediante cuidadosas inspecciones a nivel de componentes y pruebas previas hemos sido capaces de establecer una tolerancia de producción mucho más estrecha de lo que era poible con las unidades JBL, lo cual ha dado como resultado mucha mayor consistencia y por lo tanto un mejor producto.

Para proteger al diafragma de que a través del difusor le entre polvo - arena o agua, por ejemplo - instalamos una fina malla de acero inoxidable. Esta no afecta la respuesta de frecuencia en lo más mínimo, porque el flujo de aire es muy pequeño en ese punto de la garganta del difusor.

Aunque ambos transductores, de tres y cuatro pulgadas están siendo ya producidos, su desarrollo no está aún completo. En tres años de producción del 1401M se han hecho varias mejorías para aumentar la confiabilidad, por ejemplo, el cambio más reciente es un nuevo proceso de recubrimiento para aumentar la vida del diafragma al prevenir la corrosión. La mayoría de estas mejorías han venido de minuciosos experimentos y pruebas. Por ejemplo, las mejorías en respuesta de frecuencia son el resultado de estudiar la interacción del acoplador de fase, la rigidez de la suspensión, la resistencia de la bobina, y la optimización de la apertura. Ajustando estos parámetros somos capaces de encontrar nuevas formas de suavizar los picos y valles para proporcionar una respuesta muy uniforme.

Comparadas con las primeras unidades de preproducción, el actual 1401M es, mediante mejorías discretas, mayor uniformidad de unidad a unidad, una respuesta de frecuencia más plana, y una mayor vida del diafragma. Similares mejorías en su desarrollo probablemente serán aplicadas al 2010 al pasar el tiempo, en la medida en que la experiencia con el producto crezca y nuevas tecnologías vayan siendo disponibles.

Los transductores de alta frecuencia 1401M y 2010 están siendo utilizados virtualmente en todos nuestros productos, gradualmente reemplazando a las unidades modificadas de Yamaha y JBL en cada línea de producción. Probamos las nuevas unidades en cada sistema cuidadosamente antes de reemplzar las unidades originales porque cada diseño es difrente y queremos asegurarnos que su funcionamiento se mantenga en los estándares más altos. Por ejemplo, el MSL-6 corta a una frecuencia más baja que otros productos, así que tuvimos que probar el 2010 en este papel muy cuidadosamente para asegurarnos absolutamente que el nuevo transductor puede manejar la demandas del MSL-6, y que la excursión extra requerida no causará ningún problema. Aunque este proceso de pruebas y aprobación es lento, ha funcionado para nuestra ventaja, ya que hemos sido capaces de introducir las nuevas unidades a los productos a una velocidad que iguala el número de unidades que estábamos produciendo. No teníamos en realidad ninguna prisa verdadera en introducir los nuevos transductores y al formar una parte tan importante de los altavoces queríamos que quedaran absolutamente bien.

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