Curso Intensivo De Sonido

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

, La idea de este curso es proveer al estudiante de elementos teóricos y fundamentalmente prácticos para entender mejor el funcionamiento de un sistema de sonido y de esta forma, obtener el máximo provecho posible del equipamiento que posee y/o opera. En este sentido, se entiende por "sistema de sonido" al conjunto de equipos (consola, potencias, bafles, parlantes en general, micrófonos en sus diversos tipos, etc) comúnmente utilizados para nuestro trabajo. Conceptos básicos. En realidad, lo que sucede cuando oímos un "sonido", es la acción de un tipo de energía conocida como "energía acústica", que es el resultado de ondas de presión en un medio físico (aire.) Un ciclo completo se compone de un medio ciclo de "compresión" (ó alta presión en el aire) y un medio ciclo de menor presión. En este contexto, sonidos más fuertes mueven mayor cantidad de aire que los sonidos más débiles.

El primer concepto que vamos a revisar es el de "frecuencia". Determina la altitud en tonos del sonido oído y se mide en términos de "ciclos por segundo". En su definición más simple, podemos decir que cuando la frecuencia es más alta, también la "altitud" del sonido es mayor. Los rangos normales de medición van de 20 ciclos por segundo a 20.000 ciclos por segundo. (El nombre en inglés es "Hertz", de ahí que la medición internacional sea 20 Hz - 20.000 Hz. También se puede leer el valor superior a 999 Hz como de 1 kHz.). El segundo concepto es el del "período". Con este nombre, definimos el tiempo que un sonido de determinada frecuencia tarda en realizar un ciclo completo. La fórmula para saberlo es dividir 1 por la frecuencia específica. (ej, para una frecuencia de 20 ciclos el período es el resultado de 1 dividido 20, es decir 0.05).

1 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

El tercer concepto básico es el de la "longitud" de un sonido de determinada frecuencia: sabemos que el sonido "viaja" a la velocidad de 344 metros por segundo, (en condiciones especificadas). La distancia cubierta por un ciclo completo de la frecuencia determinada se mide en la siguiente ecuación: velocidad del sonido dividido por frecuencia (ej. Para la misma frecuencia de 20 ciclos, la longitud sería de 344 dividido 20, es decir 17.2).

Representación eléctrica de sonido: en su forma más simple, una señal de audio es una fluctuación de corriente eléctrica ó de voltaje eléctrico. La variación de voltaje en un sistema de audio es igual a la variación acústica del sonido tratado y la amplitud de la forma de onda acústica se corresponde a la de la corriente eléctrica. De este modo la "AMPLITUD" de un sonido (es decir la fuerza del mismo) se denomina "NIVEL". La unidad de medición para este parámetro es "decibel" ó "dB". Modelo conceptual de un sistema de sonido: el esquema más simple de un equipo de sonido consiste en I) II) III)

Convertir una señal de audio en energía eléctrica. Aumentar el nivel (ó poder) de dicha energía por medios electrónicos. Convertir nuevamente esta energía eléctrica más poderosa y mejor trabajada en señal de audio. En audio, los elementos que transforman una señal en otra son llamados "trasductores". Los elementos que modifican aspectos de una señal de audio son llamados "procesadores". A) Elementos de entrada: son los que convierten un sonido en una señal de audio. Los más comunes son i. Micrófonos de presión de aire. ii. Micrófonos de contacto. iii. Cápsulas magnéticas. iv. Cabezales de cinta. v. Cabezales Láser. vi. Cabezales ópticos. B) Elementos de salida: son los que realizan el proceso inverso. Entre ellos, recordamos: i. Parlantes de rango grave. ii. Parlantes de rango medio. iii. Parlantes de rango agudo. 2 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. iv. Parlantes de rango completo. v. Sistemas de monitoreo. vi. Auriculares.

Modelo práctico de un sistema de sonido: en el gráfico correspondiente vemos individualizados los componentes típicos de un sistema de sonido: i. trasductores de entrada: los micrófonos que toman señales que "viajan" a través de los cables hacia los procesadores. ii. Procesadores de señal: los micrófonos están conectados a entradas individuales en la consola. En ésta encontramos tres funciones básicas: Preamplificación: la sección de entrada de micrófono de la consola "levanta" el nivel de audio de cada micrófono para llevarla hasta nivel de línea. Ecualización: la consola provee los medios necesarios para ajustar el balance tonal de cada micrófono, permitiendo al operador hacer la señal más clara posible. Mezcla: se unen las señales de los tres micrófonos en una sola, para poder amplificarla. iii. Trasductores de salida: el bafle convierte la señal amplificada en sonido. El nivel de sonido es muy superior al que tiene la señal antes de entrar a los micrófonos.

3 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. "Octavas" y mediciones. La "octava", es un intervalo musical entre dos tonos, en los que la relación de frecuencia es de 2 a 1; el oído humano percibe una equivalencia entre los dos tonos. Con relación a la frecuencia, el intervalo entre dos tonos es mucho mayor a valores agudos que a valores graves. Por ejemplo, una octava por encima de 50 ciclos es 100 ciclos, mientras que una octava de 5000 ciclos es 10000 ciclos. Musicalmente, la sensación es igual, aunque la diferencia en números es 100 veces mayor. En el gráfico a continuación, vemos una medición efectuada en rango de 1/3 de octava. La frecuencia numerada, indica octavas. Las bandas graficadas nos muestran los tercios de octava. Estos valores son una convención conocida mundialmente como "ISO" (sigla de International Standards Organization) En lugar de una forma de onda sinusoidal, la señal utilizada para mediciones de este tipo se conoce como "ruido rosa". Es una señal generada de manera aleatoria, que excita todas las frecuencias con igual energía por octava.

Rango de frecuencias habituales: Voces e instrumentos. Voces. Una voz humana cubre un rango promedio que arranca en los 100 Hz y llega hasta los 6 kHz. Dentro de este rango, las frecuencias responsables por la audición de la voz normalmente no sobrepasan 1 kHz, y dentro de este valor, aproximadamente el 80% de la "energía" en la reproducción se concentra por debajo de los 500 Hz. Sin embargo, las consonantes se sitúan generalmente por arriba de 1 kHz, por eso, si perdemos frecuencias altas, afectamos en forma directa la claridad de lo que oímos. Esto se puede aumentar desde un ecualizador cuando trabajamos con un pico de refuerzo en la banda de los 2 kHz a los 5 kHz, con un aumento de entre 3 y 6 dB. Hay que tener en cuenta que para una calidad de sonido aceptable, un sistema de audio deberá tener una respuesta plana en el rango de los 100 Hz a los 8 kHz como mínimo. Además, un pico de presencia 4 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. como el descrito arriba agrega claridad al sonido, pero también lo hace más proclive a efectos de realimentación (feedback), por eso debe ser tratado con cuidado. Canto e instrumentos. La figura a continuación nos muestra una descripción gráfica del rango en frecuencias de diversos instrumentos musicales y de la voz aplicada al canto. Señales de instrumentos musicales son mucho más complejos para caracterizar que la voz humana. Elementos musicales como interpretación, arreglos musicales, producción musical, etc influyen en manera decisiva en este tema. Por ejemplo, hay instrumentos cuyo rango arranca por arriba de los 100 Hz; sin embargo, dependen de un refuerzo en la consola del rango de 20 Hz a 100 Hz para conseguir una adecuada reproducción del sonido acústico. Armónicos: Si miramos con atención el rango de frecuencias cubierto en el gráfico a continuación, veremos que en general, no exceden los 4 kHz. Por otro lado, cualquier experiencia auditiva con un ecualizador en el que se recorten frecuencias por arriba de ese valor, traerá como resultado un sonido muy pobre y con carencias importantes en su análisis. El motivo de esta aparente discrepancia tiene que ver con que en este gráfico, no se tiene en cuenta la acción de los armónicos de cada sonido puro. Lo que definimos como un "sonido" es en realidad un compuesto de formas de onda a diferente frecuencia y amplitud. La combinación de estas formas de onda provoca el "sonido" y la relación entre frecuencias y amplitudes determina el "timbre" ó la calidad del sonido. Cuando un sonido puede distinguirse, puede también ser "recreado" mediante la combinación de formas de onda establecidas. Estas formas de onda se denominan "armónicos". Sus frecuencias son múltiplos directos de la forma de onda fundamental, la que, a su vez es normalmente la de mayor amplitud (la más fuerte) Por ejemplo, si la fundamental está en 500 Hz, los armónicos se encontrarán en 1 kHz, 1,5 kHz, 2 kHz, 2,5 kHz, etc. La figura a continuación es una ilustración real gráfica del espectro armónico del sonido de un violín.

Se establece una relación directa entre los armónicos y su nivel: a medida en que la frecuencia aumenta, el volumen (amplitud) de la forma de onda disminuye; esta regla es general, pero no se aplica en 5 MÓDULO 1. CURSO INTENSIVO DE SONIDO. Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. todos los casos. Por ejemplo, instrumentos como clarinete, fagot, oboe, etc, tienen armónicos con amplitud igual ó superior a la forma de onda fundamental. Si los componentes de un sonido no respetan la relación de múltiplo directo de sus frecuencias, se pierde la sensación de afinación y el resultado se acerca más a lo que llamamos "ruido". Ejemplo concreto es el producido por instrumentos de percusión (batería acústica), donde las relaciones de frecuencia entre los armónicos de cada cuerpo no se cumplen en forma de múltiplos directos. Factores acústicos. El ambiente en el que se desarrolla el evento auditivo influye de manera directa en la respuesta en frecuencia de cualquier sistema de sonido. En lugares abiertos, los factores de mayor acción son el viento, la temperatura ambiente y la absorción del aire. En lugares cerrados, en cambio, los factores predominantes son las reflexiones de las paredes, pisos, techos, etc, así como la resonancia del ambiente. Decibel: Es uno de los términos que presenta mayor confusión a la hora de definirlo. En primer lugar, es una décima parte de un "Bel" (nombre relacionado con Alexander Graham Bell, telefonía); de ahí que en su forma de escritura la "B" sea mayúscula: "dB". Definición matemática: siempre describe una relación entre dos cantidades. Es una relación logarítmica, por eso, cifras pequeñas y sencillas describen valores que de otra manera tomarían tamaños mayores. Por otro lado, nuestro oído percibe diferencias sensitivas de manera logarítmica, de manera que una relación en "dB" expresa mejor las diferencias que cualquier otra forma. 2. Un "Bel" es un logaritmo de una relación de poder eléctrico, acústico, o de cualquier otro tipo. 3. La forma de medición en "Bel" es conveniente para sistemas de sonido, básicamente debido a que la escala numérica es más natural. La ecuación matemática básica sería: dB= 10 . log (P1 / P2)

1.

Para graficarlo con una relación de potencia simple: la relación en dB entre una potencia de 2 watts y una de 1 watt se desarrolla así: .dB = 10.log (P1 / P2) = 10.log (2 / 1) = 10 . log 2 = 10 . 0.301 =3 De esta manera, la relación entre 2 watts y 1 watt es de 3 dB. Otro ejemplo: relación de potencia entre 100 watts y 10 watts: .dB = 10. log (P1 / P2) = 10. log (100 / 10) = 10. log 10 = 10 . 1 = 10. 6 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Como resultado, la relación de potencia entre 100 watts y 10 watts es de 10 dB. 4. De los dos ejemplos anteriores se desprenden algunas conclusiones interesantes: a. Cuando una relación de potencia es 2 a 1, decimos que es 3 dB superior. b. Cuando una relación de potencia es 10 a 1, decimos que es 10 dB superior. Por ejemplo: la relación en dB entre una potencia de 10.000 watts y una de 1.000 watts es 10 dB superior El concepto fundamental es que no hay un valor absoluto para "dB". De todas maneras, cuando se utiliza una referencia estándar para "0 dB", evidentemente cualquier valor por encima ó por debajo de esta referencia tiene una cantidad específica. A continuación van un par de ejemplos para ilustrar el concepto. o "El nivel máximo de salida de la consola es de +20 dB". La oración anterior no tiene ningún significado ya que no está especificada el valor de la referencia "0 dB". o "El nivel máximo de salida de la consola es de +20 dB sobre 1 miliwatt". En este caso, la especificación es válida. Nos dice que la consola es capaz de generar una señal máxima de 100 miliwatts. -

Relación entre deciBel y niveles acústicos. El término "nivel de sonido" generalmente se refiere a nivel de presión sonora, aunque, a veces, involucra también potencia de sonido. Es necesario establecer la distinción: Potencia de sonido es la energía total generada por un bafle ó cualquier otro elemento en todas las direcciones. Nivel de presión sonora es el nivel medido en un área específica en un lugar específico. dB SPL: I)

II)

Podemos usar dB para describir niveles de presión de sonido. La fuerza del aire al presionar contra superficies auditivas es comparable a una fuente de energía eléctrica y la resistencia de un circuito. Por lo tanto, al utilizar dB para describir rangos de presión sonora la ecuación usada es: .dB SPL = 20 . log (P1 / P0) En esta ecuación, P0 y P1 son los niveles de presión sonora medidos en centímetros cuadrados ó metros cuadrados. Entonces, una diferencia de 6 dB SPL implica que un determinado parlante es capaz de generar el doble de presión sonora que otro. Una diferencia de 20 dB determina 10 veces la presión sonora. 0 dB SPL es definido como el "umbral de ruido" en el rango más sensible del oído humano (1 - 4 kHz) Representa un nivel de presión de 0.0002 dynes/cm2 ó de 0.000002 Newtons/m2 . En el cuadro que está a continuación veremos una relación tipo entre niveles de presión sonora y distintos escenarios comunes.

7 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

Volumen, nivel, ganancia: Volumen : es nivel de poder. En equipamiento de audio, "subir el volumen" implica aumentar el poder. También tiene que ver con la dimensión "cúbica" de un espacio determinado. Nivel : es magnitud ó cantidad en relación con un nivel de referencia arbitrario. Por ejemplo: dB SPL representa una cantidad en dB, relacionada a una referencia CERO de 0.0002 dynes por cm2 Ganancia : normalmente se refiere a un aumento de señal, expresado en dB.

8 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Relación en dB tomando como base de cálculo 1 watt. Valor de potencia Nivel en dB, en en Watts (P1) relación a 1W (P0) 1 0 10 10 100 20 200 23 400 26 800 29 1.000 30 2.000 33 4.000 36 8.000 39 10.000 40 20.000 43 40.000 46 80.000 49 100.000 50

Valor de potencia Nivel en dB, en en Watts (P1) relación a 1W (P0) 1.0 0 1.25 1 1.6 2 2.0 3 2.5 4 3.15 5 4.0 6 5.0 7 6.3 8 8.0 9 10.0 10

Sonido en exteriores: Definición: Por "sonido en exteriores" definimos un ambiente libre de superficies reflectivas y/o objetos que obstruyen lo que llamaríamos "campo libre". La regla de "cuadrado inverso": describe la relación entre nivel de presión sonora y la distancia desde la fuente. Se asumen dos condiciones básicas: a) Medición de intensidad de sonido sobre un mismo eje. b) Condición de "CAMPO ABIERTO" (sin superficies reflectivas). El punto básico de esta ley es que la intensidad (SPL) del sonido varía de acuerdo a la distancia entre la fuente y el receptor. En otras palabras: Cada vez que se dobla la distancia desde la fuente la intensidad de la señal medida cae 6 dB. Por ejemplo: un sistema a 3 metros de distancia genera una presión sonora de 100 dB SPL. A 6 metros, la presión sonora será de 94 dB (100 - 6 = 94)

9 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

Una diferencia de 6 dB en presión sonora corresponde a un radio 2:1

Diversos cálculos derivados de la ley: Caso 1: un bafle tiene una especificación de presión sonora de 102 dB SPL, 1 watt, 1 metro. ¿Cuál será la presión sonora de este bafle a 9 metros, medido a una potencia nominal de 1 watt? -

Calculamos la pérdida utilizando la ecuación básica para calcular presión sonora: o 20 . log (9m / 1m) o = 20 . log 9 o = 20 . log 0.9542425094 o = 19 dB.

-

Restamos el resultado al valor ya conocido: o 102 - 19 = 83. La presión sonora de este bafle a 9 metros de distancia, medida a una potencia nominal de 1 watt será de 83 dB SPL

-

Caso 2: se requiere un sistema de sonido para un espacio abierto. El lugar donde se ubicará la audiencia tiene un largo de 30 metros. Los bafles utilizados generan una presión sonora de 98 dB SPL (1 watt, 1 metro) y están ubicados a un metro de distancia de los primeros asientos. El sistema 10 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. soporta una potencia de 100 watts continuos. ¿Cuál será la presión sonora en el fondo de la audiencia? -

Calculamos el radio entre 1 watt y 100 watts en dB: o 10 . log (100 watts / 1 watt) o = 10 . log 100 o = 10 . 2 o = 20 dB.

-

Agregamos el resultado al valor conocido de presión sonora de nuestros bafles (98 dB) o 98 dB + 20 dB = 118 dB SPL

-

Calculamos la pérdida de presión sonora: o 20 . log 30(metros) o = 20 . 1,477121255 o = 29,542 o = 30 dB

-

Restamos del valor obtenido en el paso 1, el obtenido en el paso 3: o 118 - 30 = 88 dB SPL

-

Cuando el sistema genere 100 watts de potencia, la presión sonora en el fondo del auditorio será de 88 dB SPL.

Efectos del ambiente: Cuando analizamos un sistema de sonido operado en exteriores debemos prestar atención a factores que no son importantes en lugares cerrados. La acción de ellos puede modificar los resultados obtenidos mediante los cálculos anteriores. Los factores principales son: viento, cambios de temperatura y humedad. Cuanto más grande sea el espacio, mayor puede ser la influencia de dichos factores. Viento: Velocidad: provoca cambios en la ubicación aparente de la fuente sonora.

En este contexto, debemos decir que, a menos que se trate de un viento excesivamente fuerte, la incidencia del mismo sobre un sistema de sonido es mínima. La forma más común es algún tipo de trastorno en la imagen estéreo.

11 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Temperatura: El sonido "viaja" más rápidamente a través de aire caliente (debido a que es menos denso) que a través de aire frío. Por esta razón, cambios de temperatura generan efectos refractarios.

En el caso (A), el sector superior de aire es más caliente que el inferior. Por ejemplo, en la mañana, el suelo estará más fresco (debido a la acción de la baja de temperatura en la noche) que el aire de capas superiores que ya recibe la acción del sol. En estas condiciones, el sonido tiende a caer en intensidad entre el límite superior de la capa de aire frío y el suelo, provocando zonas de diferente intensidad sonora. En el caso (B), se ilustra la situación opuesta. Por ejemplo, al caer la noche, el suelo aún está caliente por la acción del sol durante todo el día, pero las capas superiores de aire ya son frescas. En este caso, el sonido tiende a irse hacia arriba. Humedad: Mientras el sonido "viaja" por el aire, éste absorbe energía de la forma de onda, atenuándola. Este efecto es importante en frecuencias que van desde los 2 kHz en adelante y se hace más fuerte a medida que la frecuencia es superior. Por esta razón es, por ejemplo, que cuando oímos una tormenta lejana, sólo oímos frecuencias graves. Las frecuencias más altas se han perdido en la distancia y han sido atenuadas más rápidamente. La humedad afecta en forma inversa la propagación de sonido en el aire. Es decir, aire más seco absorbe mayor cantidad de energía acústica que aire húmedo. Esto se debe a que el aire húmedo es menos denso que el seco (debido a que el vapor es más liviano que el aire)

12 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Control de realimentación: tomamos el caso de un sistema sencillo: un micrófono, un amplificador y un solo bafle. Un artista sobre el escenario y un espectador en la audiencia: cuando comenzamos a levantar el volumen (la potencia) de nuestro sistema encontramos un punto en el cual comenzamos a oír un sonido continuo, conocido como "REALIMENTACIÓN". Las flechas en el gráfico a continuación nos indican el camino de realimentación. Parte del sonido generado por el bafle es captado por el micrófono y vuelto a insertar en el sistema, formando un ciclo continuo de repeticiones. Este fenómeno se da cuando la ganancia de este ciclo de repeticiones alcanza una ganancia de 0 dB y se ubica en un rango de frecuencia en el que el camino de realimentación es "no invertido", es decir, en fase. Si bajamos la ganancia mínimamente, de manera de frenar la realimentación, estamos expuestos a una respuesta errática de nuestro sistema, debido a que el mismo todavía tiende a realimentarse en aquellos pasajes en los que el camino de realimentación todavía está en fase. Como regla general, un sistema de sonido debería ser operado en niveles cercanos a 6 dB por debajo del piso de realimentación. Ganancia máxima (ganancia acústica máxima): tomemos la figura a continuación para analizar. Agregamos los siguientes datos:

-

Tanto el micrófono como el bafle son de característica omnidireccional. El micrófono está ubicado a 30 cm del lector. El oyente está ubicado a 6 m del lector. El nivel de presión sonora de la voz del lector medida a la entrada del micrófono es de 70 dB SPL. El evento se desarrolla en exteriores, de manera que no es necesario calcular factores de reverberancia, etc.

13 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

a)

Con el sistema apagado, el nivel de presión sonora recibida por el oyente puede ser calculado simplemente: -) 70 dB - (20 . log(D0 / D1) ) -) = 70 - (20 . log ( 6 / 0.30) ) -) = 70 - (20 . log 20) -) = 70 - (20 . 1,301) -) = 70 - 26 -) = 44 dB

b)

Al encender el sistema, sabemos que tendremos realimentación cuando el sistema genere un mismo nivel de presión sonora en el bafle que sea igual al generado a la entrada del micrófono (70 dB). Para saber el nivel de presión sonora recibido por el oyente utilizamos la fórmula típica aplicada en el radio entre D1 (la distancia entre el micrófono y el bafle) y D2 (la distancia entre el bafle y el oyente) o 70 dB - (20 . log (D2 / D1) ) o = 70 - (20 . log (18 / 10) ) o = 70 - (20 . 0,2552725) o = 70 - 5 o = 65 dB. La ganancia acústica de un sistema es la diferencia entre lo que el oyente percibe cuando el sistema está apagado y lo que percibe cuando se enciende el sistema. En este caso es: 65 dB - 44 dB = 21 dB. 14

CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Si a esto le asignamos un margen de 6 dB para prevenir realimentación, la ganancia acústica máxima es de 15 dB. c)

Cabe agregar que tenemos dos posibilidades básicas para ampliar esta ganancia del sistema: i. Reducir la distancia entre la fuente sonora y el micrófono. ii. Ampliar la distancia entre el bafle y el micrófono.

Utilización de micrófonos y bafles direccionales: Los cálculos hechos para ganancia acústica máxima de la sección anterior se basan en la presunción de que tanto el micrófono como el bafle tienen característica omnidireccional. En la realidad del trabajo, no se utilizan frecuentemente elementos omnidireccionales debido a razones que resultarán claras en los párrafos a continuación. Las figuras gráficas que se presentan a continuación ofrecen una serie de mediciones de direccionalidad de a) Un micrófono de característica cardioide. b) Un bafle promedio. Las diferencias observadas entre uno y otro en relación a su característica direccional pueden y deberían ser aprovechadas en orden de aumentar la ganancia acústica de un sistema sonoro.

15 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

En la figura a continuación se presenta una situación similar: Si reemplazamos el bafle omnidireccional por uno con direccionalidad semejante al de la figura anterior (b) y lo orientamos de manera que el micrófono coincida con el ángulo de -6dB de la respuesta del bafle, el sonido proveniente del mismo será 6 dB inferior en nivel, comparado a un bafle omnidireccional. Estos 6 dB de ganancia se agregan directamente a la ganancia acústica máxima del sistema. Reemplazando el micrófono omnidireccional por uno de respuesta cardioide como el de la figura anterior (a), y orientándolo de manera que coincida con el ángulo de -6 dB del bafle, podemos obtener una ganancia extra de otros 6 dB para agregar a nuestro sistema. En la práctica, las cosas no son tan simples. Los bafles tienden a tener una respuesta mas omnidireccional en frecuencias graves. Al mismo tiempo, la respuesta de un micrófono varía en su aspecto "polar" de acuerdo a la frecuencia captada.

16 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

Entonces, las mejores opciones para reducir y controlar realimentación son: A) Usar elementos direccionales: (armados y ubicados de manera correcta) B) Mantener los bafles ubicados lo más lejos posible de los micrófonos. C) Mantener los micrófonos ubicados lo más cerca posible a las fuentes de sonido.

Sonido en lugares cerrados Características: Paredes, techo, piso de un ambiente determinado pueden ser factores de absorción y/o de reflexión. La figura a continuación ilustra este detalle.

Parte de la energía de la onda sonora se refleja (A.) La energía restante penetra en la superficie. De ella, una porción es absorbida por la superficie (B) y la restante es trasmitida a través de esta 17 MÓDULO 1. CURSO INTENSIVO DE SONIDO. Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. superficie (C.) Tanto la opción (A) como la (B) se relacionan con la flexibilidad y la porosidad de la superficie. Cuando una onda sonora se encuentra con un obstáculo en su camino que es relativamente pequeño, lo "rodea". Este efecto se conoce como "refracción", y se encuentra reflejado en la segunda figura.

REFLEXIÓN, ABSORCIÓN, REFRACCIÓN son tres variables que dependen de la frecuencia de la onda sonora y del ángulo en el que se encuentra ésta con relación a la superficie. En general, no dependen tanto de la intensidad del sonido. Un efecto importante de las superficies más duras es una formación especial que se produce cuando un sonido continuo a determinada frecuencia se encuentra con una superficie de estas características. La onda sonora reflejada se combina con las ondas sucesivas. Cuando la presión máxima (ó nivel máximo) coincide entre ellas, se combinan y refuerzan entre sí. De la misma manera ocurre con la presión mínima (ó nivel mínimo). Como resultado se obtiene un patrón particular en el aire, formado por zonas de presión sonora baja (nodos) alternadas con zonas de presión sonora alta (antinodos). Recorriendo un sector así, se puede identificar fácilmente determinados lugares con una presión sonora (SPL) muy alta, alternados con lugares con presión sonora muy baja. El espacio entre una y otra zona corresponde a 1/2 longitud de forma de onda.

La figura a continuación nos presenta dos paredes paralelas. 18 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Se asume a ambas como altamente reflectivas, y en el centro del espacio se ubica una fuente sonora.

De acuerdo a lo enunciado anteriormente, una onda sonora emitida viaja en todas las direcciones. Algunas de ellas llegan a las paredes. De éstas, algún porcentaje es absorbido por las paredes; otro porcentaje es reflejado y llega hasta la otra pared para ser reflejado nuevamente. El proceso continúa hasta que la energía sonora es completamente disipada por absorción de aire y paredes. En este contexto, el enunciado del párrafo anterior se produce únicamente cuando la longitud de la forma de onda sonora tiene relación directa con la distancia entre las paredes. Esto se conoce como "resonancia ambiente", frecuencias naturales, etc. Por ejemplo, la longitud de una forma de onda de 100 Hz es: 344 (mt/sec) / 100 Hz = 3,44 metros / ciclo. Si la distancia entre paredes de la figura anterior es de 3,44 metros, las formas de onda sucesivamente reflejadas en las paredes se reforzarán mutuamente formando puntos de nodos y antinodos en el ambiente. El mismo efecto se dará con los múltiplos de esta frecuencia ( 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, etc), como lo ilustra la figura. Suponiendo que este lugar estuviera lleno de gente y que esta frecuencia (100 Hz) fuera una nota de un bajo eléctrico, la gente ubicada en los puntos de nodo tendría dificultades para oír dicha nota, mientras que la gente ubicada en los puntos de antinodo la oiría de manera demasiado fuerte. 19 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002.

En ambientes cerrados la situación se torna aún más complicada. En principio, tenemos tres sistemas de resonancia (uno entre cada dos paredes opuestas y uno entre el techo y el piso) a los que se debe sumar dos más complejos (uno formado por las cuatro paredes y uno formado por las seis superficies). Por esto, un ambiente cualquiera presentará varios puntos de resonancia en diversas frecuencias. Un diseño acústico correcto debe tomar en cuenta las resonancias e intentar minimizarlas mediante el uso de paredes no paralelas y diversos tipos de tratamiento de absorción. Reverberación: Es otro de los efectos más importantes en este tema. Su modelo básico es el siguiente: Una fuente determinada de sonido se encuentra ubicada en el centro de un ambiente cerrado. Cuando comienza a emitir sonido, el mismo viaja en todas las direcciones y se encuentra con las superficies. Parte de la energía es absorbida, parte se trasmite a través de la superficie y la mayor parte es reflejada nuevamente hacia el ambiente. Después de un determinado tiempo, hay suficiente cantidad de reflexiones en el ambiento como para que el espacio se llene de formas de onda sonora. Si la fuente continúa irradiando sonido se llega a una situación de equilibrio, en la que la energía introducida por la fuente es igual a la energía disipada en los efectos de trasmisión y absorción de ondas sonoras. Cuando la fuente deja de generar sonido, las formas de onda sonora que aún están en el ambiente continúan su recorrido hasta que, debido a la sucesiva pérdida de energía con cada reflexión, el sonido desaparece. Esto es lo que percibimos como "reverberación". El tiempo requerido para que la energía acústica pierda 60 dB se conoce como tiempo de "decay" ó tiempo de reverberación, a veces, abreviado como RT60. Su longitud, y sus características de espectro sonoro le dan su sonido distintivo. Estos factores son determinados por los valores de absorción de las superficies en el ambiente, por el volumen y el trazado del mismo. Una reverberación de pequeña a intermedia, con una característica espectral relativamente constante se percibe como musical, natural y agradable. Valores superiores generan dificultades para comprender un discurso y modifican la textura de un programa musical. 20 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. Distancias críticas: Hasta este punto, se ha asumido una condición de igual intensidad de reverberación en todo el ambiente. Es necesario distinguir entre el sonido directo y el sonido de la reverberación. En el caso del sonido directo la ley se aplica de igual forma que en lugares abiertos. En la figura a continuación se observa un parlante omni-direccional irradiando sonido en un ambiente altamente reverberante.

El sonido directo se propaga en el espacio, disminuyendo su intensidad de acuerdo a dicha ley. En una primera instancia (A), solamente tenemos sonido directo. A determinada distancia desde el parlante y después de que el sonido tenga un tiempo suficiente como para generar reverberación, la intensidad del sonido directo es igual a la del sonido reverberado (B). Por último, con distancia suficiente desde el parlante, el sonido reverberado predomina y modifica el sonido directo (C). La distancia entre el centro acústico y el punto en el que la intensidad del sonido directo es igual a la del sonido reverberado se conoce como "distancia crítica". A partir de ella, a medida que nos internamos en el sector en el que el sonido reverberado es predominante, la intensidad del sonido llega a un valor constante, siempre que la fuente sonora continúe excitando el ambiente a un mismo nivel. Mediante el uso de parlantes direccionales se puede ampliar esta distancia crítica. Concentrando la capacidad del sistema sobre un eje determinado que coincida con un área de absorción como puede ser 21 MÓDULO 1. CURSO INTENSIVO DE SONIDO. Rubén Szachniewicz. [email protected]

CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. una audiencia, el sonido directo predominará por mayores distancias sobre dicho eje, no solamente porque la energía sonora se concentra en una determinada dirección sino también porque hay menos pérdida de energía irradiada y reflejada hacia los costados y hacia las superficies del ambiente. De esta manera, el campo reverberante recibe menor cantidad de energía sonora.

Aplicación en sistemas de sonido: Por el desarrollo anterior inferimos la importancia de uso de sistemas direccionales en refuerzo sonoro. En nuestra búsqueda de aumentar al máximo la distancia crítica tenemos la posibilidad de ampliar la claridad sobre distancias mayores. Sobre dos premisas básicas,, que son: mantener la mayor claridad posible de amplificación y mantener el mayor nivel de control sobre nuestro sistema de sonido, es que buscamos llevar al máximo la distancia crítica, minimizando la excitación de campos de reverberación.

22 CURSO INTENSIVO DE SONIDO.

MÓDULO 1.

Rubén Szachniewicz. [email protected]