Cómo construir unos soportes para tus monitores

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Antes de ponerte a cortar madera como un loco conviene entender, porque es necesario utilizar unos soportes a medida para tus monitores de “campo cercano”, en lugar de ponerlos directamente sobre el puente de vúmetros o sobre tu mesa. Entendiendo los problemas de colocar unos monitores sobre el puente de vúmetros, te será muy fácil entender que es lo que buscamos con nuestros soportes.

  • Evitar las reflexiones en medias y altas frecuencias que se producen sobre la superficie de la mesa de mezclas, y que causan una interferencia de tipo filtro peine cuando se suma la señal directa y la señal reflejada. La reflexión sobre la superficie de la mesa, pertenece al tipo de primeras reflexiones, en el que la diferencia de tiempos y la diferencia de amplitudes es en ambos casos muy pequeñas, haciendo que la coloración que introduce esta reflexión sea bastante fuerte.
  • Evitar el efecto superficie frontera, que introduce la mesa, con la que se produce un refuerzo de 6 dB en las bajas frecuencias, debido a que la radiación del altavoz pasa de ser esférica a semiesférica, solapando ambas semiesferas y doblando la presión para cada punto
  • Evitar que las vibraciones de los altavoces se transmitan a la mesa, y desde la mesa al resto de estructuras sobre las que se apoya la mesa.

Las dos primeras necesidades se solucionan simplemente desplazando los monitores hacia atrás respecto al puente de vúmetros, de tal forma que las primeras reflexiones en la mesa no encuentren un camino directo hasta el oído del técnico. Con respecto a la superficie frontera, cuando alejas los monitores de la superficie que crea el refuerzo en baja frecuencia, el monitor de nuevo radia en todas las direcciones, no confinando parte de la energía en unas determinadas direcciones.

La tercera necesidad, se soluciona utilizando unos soportes con un peso considerable, y flotados del suelo mediante unos resortes, creando un sistema masa-muelle.

El poner los monitores sobre unos soportes, no es de las mejores soluciones ni la mejor posición para colocar unos monitores de una sala, pero sino te queda más remedio, al menos es mejor que la opción de montarlos sobre el puente de vúmetros.

Bueno pues vamos al lío, lo primero y quizás lo mas importante es conocer la altura que debemos hacer para nuestros soportes. Una solución muy típica es alinear el conocido como “centro acústico” del altavoz, que es un punto que está entre el woofer y tweeter con la oreja del técnico. Esto se hace sentando al técnico en la silla que va a usar y midiendo la altura desde el suelo hasta la oreja del técnico. Luego mides la distancia que hay desde la base del altavoz hasta el “centro acústico” del altavoz, y esta distancia se la restas a la altura que has medido anteriormente, entre el suelo y la oreja del técnico. El resultado, es la altura de los soportes, con lo que si te das cuenta, la altura de los soportes depende, de la altura a la que el técnico ponga la silla, la altura del técnico, la distancia desde la base hasta el “centro acústico” del altavoz (diferente para cada altavoz). Es decir tienes varios parámetros, que harán que solo exista un altura que verifique todas estas condiciones, si cambia alguna de ellas, deberás cambiar el soporte o hacer un soporte con alturas regulables, mas complejos de construir.

Así como una primera aproximación, te podría decir, que las alturas comprendidas entre 95 y 105 centimetros van a verificar casi todos los casos posibles. En el caso de que te salga un número que no este dentro de este rango, te recomendaría volver a hacer los cálculos, a lo mejor no están mal, y simplemente es un caso extremo, pero yo creo que en este rango nos movemos todas las personas y todos los monitores del mercado.

A la hora de hacer los cálculos, debes ser muy fino ya que sino, no te quedará alineada la oreja con el “centro acústico” del altavoz. ¿Y qué pasa si te equivocas? Pues depende, lo mismo no pasa nada. Yo soy de esas personas, que les ponen una ecuación complicada y la soluciona sin ningún problema, sin embargo, a la hora de hacer cálculos básicos, me confío y la lío. En mi caso la lie, algo tan fácil de calcular, me quede con 2 centímetros de error, y realmente no me supone un trauma. La relación entre lo que te desvías respecto a la altura teórica, y la distancia de los monitores a la oreja del técnico, hacen que el angulo que el técnico ve desde su silla al altavoz sea mínimo, con lo cual, esa pequeña desviación es asumible. Lógicamente hablo de desviaciones de pocos centímetros, si te pasas por 20 centímetros, tendrás que volver a empezar

Los soportes pueden ser de distintos tipos, formas, tamaños, materiales, etc… solo tienes que encontrar lo que buscas con los soportes y darle alas a tus ideas. En mi caso hice unos soportes de madera de pino maciza, que están flotados sobre el suelo con cuatro resortes por soporte. Los soportes son muy básicos, un cuerpo central que une la base y la tapa, la base y la tapa propiamente dichas y dos juntas elastoméricas que se colocan entre el cuerpo central y las bases.Los materiales que utilice son muy fáciles de encontrar y no son muy caros.

Lo primero que debes hacer es construir el cuerpo central de los soportes. Es tan fácil como comprar un poste de madera maciza que se utiliza para la construcción de las pérgolas de madera. Estos postes son los que se montan para sujetar la estructura, y suele ser madera de pino maciza, tratada con un barniz especial para aguantar las inclemencias del tiempo y el ataque de insectos y hongos. El poste que yo compre media 2,4 metros de alto, y tras hacer mis mediciones y cálculos (que insisto que no fueron muy finas ya que me desvie 2 centimetros) determiné que el cuerpo central debía medir 1 metro. Así que lo que hice fue cortar este poste en dos trozos de 100 centímetros.

Una vez que los tenía cortados los lije para quitarles el tratamiento de exteriores que se les da a las maderas, si te fijas en la siguiente foto aun puedes ver que los tacos de 20 centimetros poseen este tratamiento, que le da a la madera un color verduzco. Como los cortes los hice con una sierra de calar y no una circular, no quedaron perfectamente rectos. Por esta razón despues de cortar me esmere en lijar bien los extremos de cada cuerpo central, con la idea de dejarlo lo más planas posibles y que al montar encima la base y la tapa, se produjese un asentamiento lo mejor posible.

Tras cortar y lijar viene la fase de barnizado, para la cual puedes escoger el color que más te guste (yo escogí un roble oscuro). En general, con dos manos es suficiente para que el color quede homogéneo. En la siguiente imagen puedes observar el resultado una vez que el barniz se ha secado (más o menos una hora)

El siguiente paso es construir las bases y tapas de los soportes. En este caso también escogí madera maciza, y escogi dos tablones de pino de 60x30x4 centimetros. Cada uno de estos tablones lo corte por la mitad y me quedaron cuatro cuadrados de madera de 30×30 centímetros con un grosor de 4 centimetros.

En las imágenes puedes ver los tablones después de cortarlos. Además lije los bordes que había cortada con la sierra de calar para que quedasen rectos, y lije los cantos, para que los bordes fueran viselados. Además hice los agujeros donde posteriormente irán los tornillos que unen las bases y las tapas con el cuerpo central. Posteriormente barnizas con dos manos cada trozo de madera, y los dejas secar.

Pese a que lijé los cortes del cuerpo centrl y los dejé bastante planos en los extremos, decidí poner entremedias unas pequeñas gomas a forma de juntas, para que se asentasen la base y la tapa de madera completamente. Estas porciones elastoméricas, no tienen una función aislante de vibraciones como podrías pensar, ya que al atravesar la tornillería estas láminas, las vibraciones se transmiten a través de la tornillería. Son simplemente para que el asentamiento sea mejor.

El siguiente paso, es quizás el mñas complicado, ya que tienes que centrar el cuerpo de los soportes con respecto al centro de las bases y las tapas y atornillarlo. No vas a tener que resolver ecuaciones diferenciales, pero mi consejo es que como dicen los carpinteros “mide dos veces y corta una”. Al igual que al calcular la altura de los soportes lo hice sin mucha atención y cometí un error de 2 centímetros, para el centrado de las bases y el cuerpo central, fue especialmente meticuloso, con lo que el centrado quedo prácticamente en su sitio, con un error mínimo.

La parte de ensamblado una vez que tienes perfectamente marcado donde van los agujeros y has hecho un agujero previo con un taladro y una broca menor al tornillo pasante, es tan simple como colocar las gomas entre el cuerpo y las bases en los extremos y atornillar. En mi caso utilice 5 tornillos de 6×70, con lo que la fijación de las bases al cuerpo quedo plenamente afianzada.

En la siguiente imagen puedes ver los tornillos que unen las tapas con el cuerpo, la base de abajo es exactamente igual

Los tornillos sobresalen un poco respecto a la madera, ya que no pude avellanarlos. Esto no es problema alguna, ya que la idea es que debajo de los monitores coloques la misma lamina elastomérica que has colocado antes entre las bases y tapas y el cuerpo, pero esta vez al tamaño de la base del monitor. De esta forma el altavoz no se apoya sobre los tornillos, y además, en este caso, la lámina elastomérica sí que amortigua parte de las vibraciones del altavoz.

Ahora llega el momento de elegir nuestros resortes sobre los que se asentarán los soportes

Para escoger los resortes, lo que tienes que pensar es que es un sistema masa-muelle y que las vibraciones generan un movimiento armónico simple amortiguado. Para hacer el cálculo más sencillo vamos a suponer que el amortiguamiento es despreciable.

Las siguientes gráficas las he sacado del catalogo de Paulstra, el fabricante de los resortes que suelo utilizar para estas cosas. El primer paso es mostrarte la gráfica del movimiento en un sistema masa-muelle. A partir de esta gráfica, podemos conocer para que frecuencias se transmitirá el movimiento a través del sistema masa-muelle.

Esta gráfica la podemos dividir en tres zonas (fíjate que el eje de la frecuencia está normalizado a la frecuencia angular de resonancia)

  1. La primera zona, es aquella en la que frecuencia angular normalizada va desde 0 hasta un poco menos de 1. En esta zona, el coeficiente de transmisión es 1, es decir transmite la vibración tal cual. Sin embargo, a medida que la frecuencia angular comienza a subir, el coeficiente de transmisión también lo hace, es decir se empieza a producir una amplificación en la transmisión de las vibraciones. Esta zona es la que esta gobernada por la compliancia (la inversa de la rigidez del muelle). De tal forma que cuanto más rígido el muelle, más transmite
  2. La segunda zona está alrededor de 1. Se ve claramente que el coeficiente de transmisión crece respecto a la zona anterior, alcanzándose un máximo de transmisión en esta zona. Esta es la zona de la frecuencia de resonancia, aquella para la que la fuerza y la velocidad del M.A.S están en fase, haciendo que el acoplamiento de energía sea máximo. Esta zona está controlada por la resistencia o factor de amortiguamiento ε0, de tal forma que cuanto mayor es este, más amortiguado es el movimiento, más energía se disipa en la resonancia, menos amplitud adquiere la masa en esta frecuencia, y más grande se hace el factor de calidad Q. En contraposición, la frecuencia de resonancia del sistema, se aleja más de la frecuencia natural sin amortiguamiento (pero recuerda que para nuestros cálculos hemos prescindido de este factor de amortiguación para hacerlo más sencillo)
  3. La tercera zona a partir de la cual la frecuencia angular normalizada vale 1 hasta prácticamente el infinito comienza descendiendo el coeficiente de transmisión, hasta que a partir de una determinada frecuencia, este tiende a cero. En esta zona, las frecuencias más cercanas a w0 aun siguen amplificando el movimiento. Sin embargo a partir del valor raíz cuadrada de 2, el coeficiente de transmisión cae por debajo de 1, es decir se comienza a atenuar las vibraciones transmitidas. Esta zona está controlada por la masa del sistema, de tal forma que a mayor masa, habrá una mayor oposición al movimiento, ya que la masa se opone con su inercia.

¿Qué podemos sacar en claro de todo?, pues que vamos a tener que fijar la frecuencia de resonancia del sistema masa-muelle de tal forma que este situada a 1,41 veces (raiz de 2) por debajo de la frecuencia más grave que queremos aislar.

En las hojas de características de los productos de Paulstra, se dan unas curvas características fuerza-deflexion. Estas curvas dicen cuanto se comprime el resorte para una determinada fuerza. En la siguiente imagen puedes ver una de los Beca.

La gráfica carga-deflexión es una forma de representar la ley de Hooke, la cual nos cuenta que para un muelle sobre él que se aplica una determinada fuerza, se produce una compresión o estiramiento que es proporcional a su rigidez, produciendo dicho muelle una fuerza reactiva (en sentido contrario)

En la gráfica anterior, la F se corresponde con el peso que soporta cada resorte, y la x es la compresión que sufre cada resorte bajo el peso que soporta.

Por otro lado, para un sistema masa-muelle sin amortiguamiento que vibra libremente, la frecuencia angular natural del movimiento es

En donde la k es la constante de rigidez del muelle y m es la masa que se coloca sobre el muelle.

Desarrollando las dos ecuaciones anteriores y haciendo una pequeña aproximación númerica puedes llegar a la siguiente expresión.

Esta es la fórmula que vas a emplear para elegir tus resortes.

Para obtener esta formula he hecho un par de aproximaciones númericas. Pero quizás la aproximación más grave, es que esta fórmula me permite calcular la frecuencia de resonancia a partir de la compresión lineal de un muelle. Sin embargo las funciones de deflexión no son lineales y por tanto no verifican la expresión f=-k·x en donde cláramente existe una relación lineal entre fuerza y desplazamiento. Realmente la fórmula que te he presentado, es solo válida para la parte de la gráfica que es lineal, fuera de la zona lineal, esta aproximación puede llevar a errores considerables.

Ahora te presento al señor nomograma que también he extraído del catalogo de Paulstra. En este nomograma se relacionan, la frecuencia natural del sistema (a la izquierda), la frecuencia de excitación del altavoz (abajo) y la deflexión del resorte (a la derecha).

En este nomograma, aparece en forma diagonal las tres zonas que te he comentado antes. La zona de abajo a la izquierda, es la zona en la cual el coeficiente de transmisión era 1. Según asciendes diagonalmente hacia la derecha y arriba te encuentras la zona a evitar, que es la zona de la resonancia. Y si pasas esta región en gris y sigues ascendiendo hacia la derecha y arriba, te encuentras la zona en la que el coeficiente de transmisión se hace menor que uno, es decir donde se esta produciendo un aislamiento.

Tu misión es colocar las frecuencias que quieres aislar (frecuencias de excitación) en esta zona última zona, y por supuesto cuanto más arriba mejor, porque mayor será el aislamiento. Sin embargo esto no es tan fácil como parece, y al final es un poco juego de malabares.

En la curva de deflexión, la carga que se muestra, no es la carga que colocas encima de los resortes, ya que sería muy extraño que tan solo utilizases un resorte sobre el que apoyases los soportes y los monitores. Por esta razón, en la curva lo que se representa es el peso que se carga sobre cada resorte. Por ejemplo, si el peso de tu soporte más los monitores son 40 kilos, y colocas 4 resortes debajo de los soportes, si los soportes son todos iguales, y están colocados a la misma distancia del centro de masas o centro de gravedad, entonces cada uno de los resortes estarán soportando el mismo peso, exactamente 40 kilos/4 resortes=10 kilos por resorte, y este es el valor de peso que arrojará una determinada deflexión en la curva f-x.

Esto parece una perogruyez pero las cosas no tienen porque ser así de fáciles. Cuando tú construyes tus soportes, y les pones los resortes en la base, es bastante fácil ver cual es el centro de masas de la base, ya que al ser un cuadrado o un rectángulo, el centro de masas estará en el medio de la base, pero estos resortes se suelen montar debajo de máquinas, en las que o bien el centro de masas no es tan fácil de conocer, o bien está desplazado respecto al centro geométrico de la misma.

En nuestro caso, es muy sencillo, porque la base es una figura geométrica, en la que su masa esta homogéneamente distribuida, haciendo muy fácil calcular el centro de masas. El resto del soporte también va centrado respecto a esta base, así que claramente el centro de masas y centro geométrico coinciden, con lo que todos los resortes que empleemos, deberán ser iguales.

¿Pero cuantos resortes empleamos, y que resortes escogemos? Quizás es una pregunta complicada en sí misma, ya que va a determinar directamente la frecuencia de resonancia de nuestro sistema. Desde ya, te comento, que no es fácil y no vas a encontrar una solución que se adapte totalmente a tus necesidades. Tu solución podrá acercarse mucho a tus necesidades, pero salvo que tengas mucha suerte, no vas a conseguir clavar la solución.

La carga nominal estática sería la analogía al punto de polarización en un circuito eléctrico con transistores. Es el punto, para el que se consigue una determinada deflexión cuando simplemente se coloca la masa sobre él. Es un punto estático, y la oscilación del sistema hará que se produzca una oscilación alrededor de este punto de carga estática. Por lo tanto tendremos dos tipos de rigideces, la estática, que es la propia del sistema, cuando se apoya simplemente la masa sobre el muelle, y la dinámica, que es la rigidez para cada instante de tiempo del movimiento, de tal forma que cuando estamos en el ciclo de compresión del muelle, la rigidez realmente esta disminuyendo, porque el muelle para la misma carga esta más comprimido, y en los momentos de expansión del muelle, la rigidez está aumentando, porque para la misma carga, la deflexión del muelle es menor. Claramente cuando elijas tus resortes, tienes que elegirlos para que la carga que soportan estén dentro de la zona de la carga estática nominal.

Te pongo un ejemplo practico, mis soportes. Los altavoces que utilizo ahora mismo son unos Genelec 1030. Cada uno de ellos pesa unos 7,5 kilos. Su centro acústico está a 20 centimetros de su base, entre el woofer y el tweeter y mis oídos están a una altura de 1,28 metros cuando me siento en la silla, como los soportes son de 1,10 metros el centro acústico esta a 1,30 metros, es decir 2 centímetros por encima de mis oídos.

Por otro lado los soportes en madera maciza pesan unos 17 kilos, con lo que el total son unos 24,5 kilos. Si divides estos 24,5 kilos entre 4 resortes, te sale unos 6 kilos, con lo cual tendría que escoger el Beca Ø40 y dureza 60, viendo la anterior imagen de las cargas nominales que soportan los diferentes modelos de Beca. Si utilizas 5 resortes, te sale más o menos a unos 5 kilos por resorte, con lo que tendría que seguir usando el Beca Ø40 y dureza 60. Si lo divides entre 6 te salen unos 4 kilos, en donde podría usar el Beca Ø40 y dureza 60 o el Beca Ø40 y dureza 45 pero justamente en su límite. Si eliges esta última opción, ¿qué va a pasar si un día decides cambiar de monitores y estos pesan más?. Para poder usar los Beca Ø40 y dureza 45 de forma holgada, pensando en unos futuros altavoces más pesados, deberías irte ya a 9 resortes, en donde la carga estática nominal se sitúa entre 2,5 y 3 kilos por resorte. Sin embargo usar 9 resortes para una base de los soportes de apenas 30 centimetros es una barbaridad, más teniendo en cuenta que cada resorte cuesta 11 euros y que tendrías que comprar 18.

Hay dos cosas que te tienen que quedar claras respecto a esto, como regla general los resortes que vas a usar para tus soportes van a ser los Beca Ø40 y dureza 60, de tal forma que tendras que elegir el número de los mismos, para que se acerquen lo más posible a tu rango de frecuencias a aislar. Así a bote pronto, te puedo decir que cuantos menos resortes escojas, la frecuencia de resonancia del sistema va a ser menor, ya que cada resorte soporta más carga. Sin embargo no te recomiendo montar menos de 4 para mantener un mínimo de estabilidad en tus soportes. Lo segundo es que si cambias de unos altavoces a otros, en los que su peso sea muy diferente, o su centro acústico este muy alejado del centro acústico para el que calculaste la altura, con toda probabilidad vas a tener que hacer unos nuevos resortes.

También me gustaría insistir en un aspecto, y es que para dos soportes cuyas cargas estáticas nominales se solapen en un largo tramo, el escoger un resorte con menos rigidez, va a hacer por un lado que la frecuencia de resonancia sea menor, y por otro lado va a hacer que el sistema sea un poco más inestable, moviéndose un poquito más. Por ejemplo los Beca Ø40 y dureza 60 tienen una carga estática de 2-10 kilos, mientras que los Beca Ø60 y dureza 45, que son el siguiente modelo, tienen una carga estática de 3-15 kilos. Si por ejemplo tras hacer los cálculos, te sale que cada resorte tiene que aguantar 7 kilos, es mejor que escojas el Beca Ø40 y dureza 60, porque al tener menor rigidez (lo puedes comprobar con las gráficas) la frecuencia de resonancia será menor, y además para ese peso aun no estás en la zona límite de la carga estática, permitiéndote para un soporte con 4 resortes hasta cambiar de monitores por otros que pesen hasta 10 kilos más.

En mi caso escogí los Beca Ø40 y dureza 60, como cabe esperar, colocados cada uno en una de las esquinas de la base del soporte, totalmente equidistantes con el centro de masas. Si te vas a las curvas características fuerza(carga)-deflexión del Beca Ø40 y dureza 60, puedes observar que para un peso de unos 6 kilos, la deflexión es de 2,2 mm

Si ahora empleas la aproximación, sustituyendo x por 0,0022 metros

Si lo multiplicas por raíz de 2 te queda una frecuencia de unos 15 Hz, a partir de la cual el sistema comienza a atenuar las vibraciones que se transmiten al suelo de tu estudio, desde los monitores

Y ahora puedes dibujar en el nomograma el punto que te ha dado

Mediante el uso del nomograma y simplemente conociendo la carga sobre cada soporte y el deflexión que esta produce, podrás calcular la frecuencia de resonancia.

Como puedes ver en mi sistema a partir de 15 Hz en adelante, comienza a producirse aislamiento, pero el hecho de que se empiece a producir aislamiento, no significa que se este aislando completamente, en concreto en 15 Hz, las vibraciones se transmiten tal cuales al suelo de mi estudio, y es solamente partir de 20 Hz, cuando se empieza a apreciar algo de aislamiento efectivo.

Hasta aquí todo bien, pero si la elección de los resortes ha sido un sufrimiento para tí, no te preocupes, dados los pesos de los monitores de campo cercano que se construyen hoy en día, y estimando que tus soportes se van a aproximar en peso a los míos, tienes un alto porcentaje de éxito si escoges sin mirar mucho los Paulstra Beca de diametro 40 y dureza 60. Y en el caso de que quieras comprobar la validez de esto, Paulstra tiene una aplicación gratuita para Android e iOS, en donde tú, simplemente metes los pesos, el número de resortes y él ya te hace todo el trabajo sucio.

Sigamos construyendo los soportes. El último paso es montar los resortes debajo de la base de los soportes. Estos resortes van simplemente atornillados con dos tornillos.

En la siguiente imagen puedes ver debajo de los soportes los resortes de goma ya instalados. Cuando instales estos resortes, procura que te queden en los extremos de la base, para de esta forma conseguir la máxima estabilidad posible. Los resortes Paulstra Beca 40 de dureza 60, tienen suficiente rigidez para que las vibraciones de los altavoces, no hagan que se comprometa la estabilidad de todo el sistema. En el caso de que las oscilaciones sean excesivas, siempre puedes lastrar el conjunto con más masa, lo que además hará que baje la frecuencia de resonancia. En este último caso asegúrate que sigues dentro de la carga nominal admisible para cada resorte.

Y hasta aquí el briconsejo de la semana, fáciles, bonitos, baratos y efectivos.

3 Comentarios

  1. Muy buena guía, me ha gustado tanto que me los voy a hacer.
    Llevo leyendo bastante tiempo Audioforo y siempre me ha parecido ,sin lugar a dudas, el mejor sitio de audio profesional (del de verdad) pero nunca he comentado nada.

    En esta ocasión tengo una duda y ya que los voy a hacer prefiero preguntar.
    ¿Que grosor recomiendas para las maderas?
    Para las bases son 4 cm pero para los pilares? He estado mirando y hay de 7 y de 9 cm ¿da igual cuál escoja o alguno es mejor para este fin?

    Un abrazo y gracias

    • Hola y gracias por los halagos!! ☺️

      En cuanto al grosor yo cogí el de 9 cms. Realmente no hay mucha diferencia, salvo un poco más de peso y estabilidad.

      Si no estás muy próximo al máximo de la carga nominal o estática, yo cogería los de 9 cms sin dudarlo.

      Saludos!!!

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