Por Carolina Anton*
Carga, polarización y estatores: ¡increíble!
Si bien los auriculares dinámicos y planos constituyen la mayoría de los audífonos que usan los audiófilos, el sabor diferente de la resolución y el escenario sonoro aireado que ofrecen los electrostáticos a veces los convierte en los auriculares preferidos. Dado que los electrostáticos no tienen imanes y son muy livianos, los transductores parecen derretirse, lo que brinda una experiencia auditiva extremadamente cómoda e inmersiva.
El principio detrás del funcionamiento de un auricular electrostático es bastante simple. El transductor electrostático consta de un diafragma con una carga constante, intercalado entre dos estatores acústicamente transparentes separados por espaciadores. La señal se aplica a los estatores en forma de pulsos de alto voltaje iguales pero opuestos. En otras palabras, cuando se aplica un voltaje positivo a un estator, se aplica un voltaje negativo igual pero opuesto al otro estator. Como resultado, el diafragma se jala hacia el estator con voltaje negativo y se aleja del estator con voltaje positivo. Así, el diafragma se mueve con la señal y este movimiento produce sonido.
Se dice que un transductor diseñado de esta manera tiene una configuración push-pull. Cuando se implementa correctamente, esto da como resultado la misma cantidad de fuerza sobre el diafragma, independientemente de dónde se encuentre el diafragma entre los estatores, lo que produce una respuesta lineal que no cambia con la ganancia y tiene una distorsión muy baja.
En un transductor electrostático convencional, el diafragma consta de una película delgada con un revestimiento resistivo que contiene una carga. Las variaciones en el grosor de este revestimiento provocan una fuerza impulsora no uniforme que da como resultado una distorsión. Recubrir ambos lados del diafragma puede empeorar esto, porque las variaciones de espesor entre los dos recubrimientos conducirán a una distorsión aún mayor. Por eso, el material de revestimiento debe ser muy estable y no deteriorarse ni perder adherencia con el tiempo, ya que esto provocará una degradación del rendimiento.
La fuente original de inspiración para la exploración de la tecnología electrostática en los audiófonos fue la mejora de la calidad de la atención de los pacientes que utilizan resonancia magnética en sus diagnósticos (MRI).
Diseños interesantes e innovadores
En este tenor, me gustaría platicarles un poco sobre el diseño de los audiófonos de la marca Audeze. Los últimos dos años he mezclado con varios modelos de esta marca y al adentrarme un poco más en su tecnología me fascinó.
La fuente original de inspiración para la exploración de la tecnología electrostática de estos audífonos fue la mejora de la calidad de la atención de los pacientes que utilizan resonancia magnética en sus diagnósticos (MRI). Colaboraron con investigadores del Instituto Semel de Neurociencia y Comportamiento Humano de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), junto con los diseñadores industriales de BoomBang, para crear un auricular fácil de usar para el paciente en máquinas de resonancia magnética. El objetivo era facilitar a los médicos la entrega de instrucciones a sus pacientes y al mismo tiempo mejorar la precisión y la comodidad del proceso de resonancia magnética. Con base en el alto rendimiento de los auriculares médicos, la compañía decidió trasladar esta tecnología a un auricular para audiófilos de consumo, que se llamó CRBN.
Hay una serie de consideraciones de diseño para aprovechar al máximo un transductor electrostático. Con CRBN, Audeze fijó metas muy altas. Querían diseñar unos auriculares electrostáticos que fueran eficientes, con imágenes, claridad, resolución y transparencia que fueran las mejores de su clase, además de querer una respuesta en frecuencia que fuera neutra, con agudos suaves y graves bien extendidos (¡esto último no es fácil!). La compañía optimizó todos los aspectos del diseño del transductor electrostático para cumplir con estos objetivos de diseño.
¿Por qué nanotubos de carbono?
CRBN es el primer auricular electrostático de consumo en el mundo que utiliza la innovadora tecnología de diafragma suspendido de nanotubos de carbono propietaria de Audeze, que resuelve muchos de los principales desafíos asociados con los transductores electrostáticos. Los CRBN utilizan un diafragma ultrafino con nanotubos de carbono directamente suspendidos dentro del material. Al controlar la densidad de los nanotubos de carbono en la película, es posible ajustar la resistividad del material del diafragma. Debido a que la carga se distribuye uniformemente por toda la película, esto da como resultado una fuerza impulsora uniforme. A diferencia de este material, el diafragma suspendido de nanotubos de carbono es inmune a los elementos y no se degrada con el tiempo.
Hay una serie de consideraciones de diseño para aprovechar al máximo un transductor electrostático.
Está bien, pero ¿por qué CRBN es especial?
El diafragma de nanotubos de carbono permite lograr una alta eficiencia al retener más carga y evitar la migración de la misma, lo que nos permite reducir la tensión del diafragma y aumentar el espacio entre éste y el estator, lo que proporciona una excursión más alta y una frecuencia de resonancia más baja, sin el riesgo de que el diafragma entre en contacto con el estator. Esta baja frecuencia resonante, combinada con un área de superficie de diafragma grande, material de amortiguación acústicamente transparente y almohadillas diseñadas a medida, brindan una respuesta de bajos extremadamente amplia, hasta 20 Hz.
Al diseñar el controlador CRBN, Audeze elegió un tamaño óptimo de diafragma y estator lo suficientemente grande como para proporcionar excelentes graves e imágenes sin comprometer los agudos. Sus estatores se fabrican utilizando una técnica de fabricación de PCB patentada que permite lograr una alta rigidez, un grosor uniforme y una planitud consistente, lo cual es importante para una distribución de fuerza equitativa y una respuesta lineal.
Por otra parte, la perforación del estator está optimizada para una excelente extensión de alta frecuencia y su superficie conductora está especialmente recubierta para garantizar una alta rigidez dieléctrica, lo que permite un sonido abierto y aireado mientras se mantiene una alta eficiencia y durabilidad. El diafragma súper ligero tiene un interior naturalmente bajo que permite una aceleración extremadamente rápida. La compañía emplea una técnica especial de amortiguación de bordes para reducir aún más la distorsión y suavizar la respuesta de frecuencia y fase. Como resultado, CRBN es transparente y de alta resolución en todo el espectro audible, con una excelente respuesta transitoria, una claridad brillante y una respuesta de graves inigualable en el campo electrostático.
En conclusión, los auriculares planos magnéticos y electrostáticos son muy similares en cuanto a la forma en que producen el sonido: ambos usan un diafragma plano y flexible que se mueve por fuerza electromagnética o electrostática. Todas las similitudes terminan aquí, ya que la naturaleza de estas dos fuerzas es completamente diferente.
Por un lado, la fuerza electrostática está limitada por las dimensiones físicas del diseño; reducir la distancia entre el diafragma y los estatores aumenta la fuerza, pero también aumenta la posibilidad de que se pegue el diafragma a uno de los estatores. Al aumentar la tensión en el diafragma se reduce la elasticidad, pero pierde las frecuencias bajas, de manera que no es fácil encontrar el equilibrio adecuado entre estas dos demandas contradictorias. La fuerza electromagnética está limitada solo por la fuerza de los imanes utilizados y la configuración del circuito magnético. Sin elasticidad ni formación de arcos, y si su amplitud está dentro de los límites mecánicos, se pueden lograr niveles de sonido mucho más altos que con la electrostática. Con algunos de los auriculares más eficientes de Audeze, como los LCD-MX4, LCD-X y LCD-4z, es posible llegar fácilmente a 130 dB SPL (¡no recomendado!).
Por otro lado, en los diafragmas de Audeze a escala nanométrica, el metal (no siempre aluminio) se deposita al vacío directamente sobre la película. Asimismo, también hay una diferencia entre los espesores del metal: el aluminio es muy difícil de encontrar más delgado que 4.5 micrones, mientras que una capa depositada al vacío del metal se puede aplicar fácilmente en espesores submicrónicos. En términos generales, un diafragma más liviano conduce a un sonido más rápido y preciso.
La fuerza impulsora es uniforme en todo el diafragma, mientras que los auriculares planos tienen fuerza impulsora solo debajo de la superficie de los conductores. Siempre hay partes del diafragma que simplemente siguen pasivamente y a veces, incluso se desfasan parcialmente.
Agradecemos a Audeze por compartir su investigación.
El principio detrás del funcionamiento de un auricular electrostático es bastante simple. El transductor electrostático consta de un diafragma con una carga constante, intercalado entre dos estatores acústicamente transparentes separados por espaciadores.
*Ingeniera de sonido, sistemas de audio en sala y monitores con más de quince años de experiencia; ha colaborado con artistas y producciones distinguidos en más de veinte tours a nivel nacional e internacional. Ha mezclado para artistas como Kool & The Gang, Gloria Gaynor, Natalia Lafourcade, Mon Laferte y León Larregui. Actualmente se encuentra realizando mezclas en formatos de sonido inmersivo. Es cofundadora de la empresa 3BH, que desarrolla proyectos de integración tecnológica para estudios de post-producción y música en México y Latinoamérica y a partir de 2016 comenzó a representar a la organización Soundgirls.org en México, apoyando a las mujeres a profesionalizarse en la industria del espectáculo.
