Curso Intensivo de Sonido

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CURSO INTENSIVO DE SONIDO. OCTUBRE 2002. CURSO INTENSIVO DE SONIDO. MÓDULO 5. [email protected] En este capítulo el tema de análisis está centrado en los "parlantes", y su uso en sistemas de sonido. La idea básica es conocer su principio de funcionamiento, tipos más comunes de cajas acústicas (bafles), detalles de funcionamiento, divisores de frecuencia, fuentes de distorsión y fallas más comunes. "Parlante", es un término genérico, utilizado para describir una amplia variedad de trasductores que convierten energía eléctrica en energía acústica ó sonido. 1- En un sistema sonoro, los parlantes juegan un papel importante, ya que son el último eslabón entre la fuente de sonido y la audiencia. Existe mucha confusión en el medio con referencia a detalles de configuración y utilización de estos elementos en un sistema. Por ello, el objetivo de este capítulo es presentar la información básica ordenada convenientemente para evitar errores. 2- Tipos comunes de trasducción: Tipos comunes de trasducción: como ya se estableció, los parlantes convierten energía eléctrica en acústica. Hay varias maneras de llevar a cabo esta conversión y, especialmente en el campo del sonido hi-fi, algunos son muy elaborados y costosos. En el ámbito de sonido profesional, los dos medios más comunes son: sistemas electromagnéticos y sistemas piezoeléctricos. a. Sistemas electromagnéticos: el principio de funcionamiento es el de un motor eléctrico. La figura a continuación ilustra su forma de operación. El principio de funcionamiento se basa en la idea de "campos" magnéticos que interactúan entre sí y provocan el movimiento del diafragma.

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    En este captulo el tema de anlisis est centrado en los "parlantes", y su uso en sistemas de sonido. La idea bsica es conocer su principio de funcionamiento, tipos ms comunes de cajas acsticas (bafles), detalles de funcionamiento, divisores de frecuencia, fuentes de distorsin y fallas ms comunes. "Parlante", es un trmino genrico, utilizado para describir una amplia variedad de trasductores que convierten energa elctrica en energa acstica sonido.

    1- En un sistema sonoro, los parlantes juegan un papel importante, ya que son el ltimo eslabn entre la fuente de sonido y la audiencia. Existe mucha confusin en el medio con referencia a detalles de configuracin y utilizacin de estos elementos en un sistema. Por ello, el objetivo de este captulo es presentar la informacin bsica ordenada convenientemente para evitar errores.

    2- Tipos comunes de trasduccin:Tipos comunes de trasduccin: como ya se estableci, los parlantes convierten energa elctrica en acstica. Hay varias maneras de llevar a cabo esta conversin y, especialmente en el campo del sonido hi-fi, algunos son muy elaborados y costosos. En el mbito de sonido profesional, los dos medios ms comunes son: sistemas electromagnticos y sistemas piezoelctricos.

    a. Sistemas electromagnticos: el principio de funcionamiento es el de un motor elctrico. La figura a continuacin ilustra su forma de operacin.

    El principio de funcionamiento se basa en la idea de "campos" magnticos que interactan entre s y provocan el movimiento del diafragma.

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    La figura que antecede nos muestra los componentes usuales en un parlante

    b. Sistemas piezoelctricos: el concepto de "piezoelctrico" data de finales del siglo XIX. Es una abreviacin de "presin elctrica"; describe una propiedad de algunos materiales cristalinos. Cuando este material es deformado mecnicamente se genera electricidad. Por otro lado, si se aplica potencia elctrica a travs del cristal, sus dimensiones varan, expandiendo contrayendo su tamao en axis con la polarizacin elctrica.

    La figura a continuacin nos muestra un esquema de trabajo de un piezoelctrico:

    Generalmente, la respuesta en frecuencia de un sistema piezoelctrico es buena en agudos, cayendo en gran manera en las frecuencias medias y graves. Usualmente se los utiliza en frecuencias por encima de los 5 kHz.

    3- Parlantes para GRAVES:Parlantes para GRAVES: una reproduccin eficiente de graves requiere una gran cantidad de aire

    en movimiento, para lo cual, a su vez, se puede usar una de las siguientes opciones ( las dos al mismo tiempo.)

    i) Gran movimiento de diafragma. ii) rea de diafragma amplia.

    En sistemas de sonido los reproductores de graves nunca son piezoelctricos. Se utilizan sistemas electromagnticos.

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    A: estructura magntica. B: bobina. C: cono. D: aro. E: suspensin. F: suspensin. G: domo.

    El tamao de un parlante es especifica en trminos del dimetro del cono. Las medidas habituales son 12, 15, 18 pulgadas (30,5; 38; 45,7 cm). Es importante observar la polaridad de conexin requerida. Hay varias formas de especificarla. Una de ellas es a travs de cdigo de colores, donde el rojo indica el terminal positivo y el negro, el terminal negativo. Otra es indicar solamente el terminal positivo con un color con el signo (+). Una manera de reconocer la polaridad correcta de un parlante es la que sigue: Utilizando una batera de 9V, se puede determinar la forma de conexin de un parlante. Cuando los terminales se ubican correctamente, el cono se mueve desde adentro hacia fuera. Por otro lado, cuando los terminales se invierten, el movimiento tambin es invertido.

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    b. Caractersticas direccionales: dependen de la relacin entre el tamao del cono y la longitud de forma de onda que se est reproduciendo. Cuanto ms grave sea la frecuencia, generalmente ms omni-direccional es la respuesta del parlante. A medida que la frecuencia es mayor, la direccionalidad del parlante se hace cada vez ms evidente. Cuando la longitud de la forma de onda es igual al dimetro del cono este fenmeno es muy importante. 45 grados fuera de axis implican una reduccin de 6 dB promedio en el nivel de presin sonora.

    4- Cajas para graves:Cajas para graves: en la gran mayora de los casos, los reproductores de graves se montan en

    algn tipo de caja, para prevenir el efecto de cancelacin de forma de onda sonora que se podra producir si el parlante estuviera ubicado sin proteccin.

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    La idea de la "caja" es prevenir la cancelacin sonora que se produce por la poca distancia que hay entre las dos caras del parlante y su interaccin con la masa de aire que lo rodea. Cuanto mayor es la caja, mayor debe ser la longitud de la forma de onda para llegar al fenmeno de cancelacin. Medidas adecuadas permiten eliminar este factor no deseado.

    a. Cajas frontales: por este nombre se identifican aquellos sistemas en los que el parlante est ubicado directamente en la superficie del bafle. La figura a continuacin nos muestra una vista frontal y una lateral de este sistema.

    El punto (A) indica una abertura en la superficie frontal, que se conoce como "refuerzo de graves". El diseo de una caja acstica se realiza teniendo en cuenta una frecuencia de resonancia. Este "tubo", permite reforzar mediante la forma de onda proveniente de atrs del parlante, la forma de onda proveniente desde su frente. Tamao y forma de este elemento pueden ser ajustados en cada caso para "afinar" el sistema.

    Otra variante en el diseo de "tubos de sintona". Se utiliza para extender la respuesta de unidades pequeas a frecuencias graves.

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    El interior de la caja est normalmente recubierto con materiales absorbentes, normalmente lana de vidrio. El propsito de esta cobertura interior es absorber frecuencias superiores que podran causar cancelaciones si salieran a la superficie exterior.

    b. Bocinas de graves: son utilizadas especialmente en instalaciones en grandes

    superficies en lugares abiertos porque permiten un mejor control de la direccionalidad del sonido emitido. Ayudan a controlar mejor la emisin de sonido. Las figuras a continuacin nos ilustran estos tipos.

    5- Reproductores de agudos:Reproductores de agudos: en sistemas de sonido profesional, la mayor parte de los reproductores de agudos son construidos para ser montados en bocinas. Su diseo est realizado teniendo en cuenta la manera particular de respuesta dada por las mismas. En la figura a continuacin se ilustra un esquema tpico:

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    En su diseo, podemos observar similitudes con lo ya comentado con relacin a los parlantes para graves.

    6- Bocinas para reproduccin de Bocinas para reproduccin de

    agudos:agudos: el diseo de una bocina siempre es fundamental para su rendimiento. Uno de los aspectos ms importantes sin duda es el patrn de dispersin sonora. Se espera de una bocina una correcta cobertura tanto en el eje vertical como en el horizontal. Un valor promedio para la abertura de la bocina puede ubicarse entre los 80 y 90 grados en sentido horizontal y entre los 30 y 40 grados en sentido vertical. Cuanto menor es el ngulo de apertura, menor es la superficie en la que se concentra la accin de la misma y generalmente se utilizan en aplicaciones en donde es

    necesario recorrer una gran distancia entre los bafles y la audiencia. Los tipos ms conocidos son: Exponencial; radial; constante.

    7- Crossovers:Crossovers: como ya se ha establecido, en un sistema sonoro podemos encontrarnos con, por lo

    menos, dos tipos de parlantes: reproductores de graves y de agudos. Para reproducir un material sonoro de rango completo ambos deben ser combinados. Generalmente no se conecta de manera directa un parlante a un amplificador. Para ello, se utiliza un "crossover", elemento cuya funcin es dividir esa seal de rango completo y entregar el rango correspondiente a cada componente.

    a. Generalidades: en la figura a continuacin se observa un sistema de dos vas y un divisor de frecuencias. Por encima de determinada frecuencia, la respuesta del generador de graves tiende a disminuir considerablemente. A su vez, por debajo de otra frecuencia determinada, la respuesta del reproductor de agudos, tambin tiende a desaparecer. El punto en el cual las lneas de respuesta se cruzan se conoce como "punto de corte" punto de divisin. Normalmente se lo ubica 3 dB por debajo de la respuesta tipo, para que, al unirse dos reproductores en un mismo punto, la diferencia de seal equipare la potencia de cada uno por separado. En sistemas de tres vas el principio de uso es similar. La relacin en dB (diferencia de nivel) en los puntos de corte tpicamente se ubica entre los 6 y los 24 dB por octava.

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    Una relacin de 6 dB por octava encuentra dificultades para proteger adecuadamente a un reproductor de agudos de las frecuencias inferiores. El criterio ms aceptado pasa por un valor de 12 dB 18 dB / octava.

    b. Crossovers pasivos: son elementos simples, diseados para permitir el paso de frecuencias altas. Generalmente se insertan entre la salida del amplificador y los reproductores de agudos. Normalmente se los encuentra ubicados dentro de la caja.

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    Bsicamente estn armados a partir de capacitores, inductores y, a veces, resistencias. El diseo de un crossover est fuera del tema de este curso; no obstante, intentaremos resumir algunas caractersticas: I) Como son conectados despus de la salida del amplificador, deben ser capaces

    de soportar altos niveles de seal elctrica. II) Se debe tener cuidado con el nivel de ruido inducido, para lo cual, todos los

    materiales utilizados en su construccin deben ser correctamente analizados. Una insercin de ruido de 1 dB podra reducir en hasta un 21% la capacidad de potencia de un amplificador.

    III) La impedancia de carga a la salida del crossover debe ser la correcta. Si hay algn error en esto, el primer factor a analizar ser el punto efectivo de corte , que puede variar en manera importante.

    c. Crossovers activos: son diseados para ser conectados ANTES de la entrada al

    amplificador. Trabajan en niveles de lnea (milliwatts) en relacin a los crossover pasivos de alto nivel (cientos de watts). Debido a que la divisin en 2 ms vas se da antes de la entrada al amplificador, se requiere un amplificador por cada va de salida. NOTA: se puede combinar ambos tipos: por ejemplo: podramos utilizar un divisor PASIVO para separar una caja de graves de una de medios y agudos. La seal que saldra de la consola, pasara por el divisor y de all, ira a travs de dos amplificadores; uno a cada lnea. A su vez, se podra utilizar un crossover ACTIVO, dentro de la caja, para separar lo que corresponde a medios de lo que corresponde a agudos.

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    A pesar de que implican aumentos en el costo del sistema, son muy utilizados en cualquier sistema de sonido, fundamentalmente por todas las ventajas que ofrecen, que son detalladas a continuacin:

    Headroom: el material de programa (ya sea musical de locucin) se desarrolla a partir de una serie de frecuencias fundamentales y de sus armnicos. La mayor parte de los diversos gneros musicales se origina en graves con mucha presencia y mayor volumen que para frecuencias medias y agudas. Si este programa es derivado a un solo amplificador, la carga de graves resultar probablemente en un uso exagerado de la potencia disponible, con el consiguiente deterioro en la calidad del mismo material en frecuencias agudas. Con un crossover activo, este problema se evita, ya que cada amplificador maneja solamente la porcin de frecuencias que le corresponde, dedicando toda su capacidad a ellas y no generando distorsiones ni saturaciones en otro sector. De esta manera se ampla la ganancia del sistema (Headroom) de una manera superior a si utilizramos un solo amplificador de potencia equivalente.

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    Eficiencia: como ya se estableci anteriormente, un crossover pasivo se construye con resistencias, capacitores e inductores. Las resistencias consumen algo de energa, provocando prdidas en los capacitores e inductores. Un sistema bi-amplificado elimina dichas prdidas, mejorando la eficiencia del sistema, que se traduce en un mayor nivel de presin sonora con la misma potencia de salida en el amplificador. Damping / Distorsin: el factor "damping" de un amplificador es el resultado de la impedancia de carga dividida por la impedancia de salida del mismo. Un crossover pasivo conectado entre el amplificador y los bafles incrementa la impedancia a la salida, lo que a su vez, reduce el factor "damping". Por otro lado, un crossover activo no genera ninguna variacin permitiendo que dicho factor se mantenga constante a travs del tiempo. Por otro lado, la distorsin armnica causada por un amplificador es mucho menos audible en sistemas bi tri-amplificados que en sistemas de rango completo. Por ejemplo, si en un sistema de rango completo, el amplificador se satura con una nota de frecuencias graves, genera armnicos no deseados, que son direccionados directamente a los reproductores de medios y de agudos. En un sistema bi-amplificado, con los mismos componentes, la misma nota provocar una distorsin audible nicamente en el rango de frecuencias correspondiente, permitiendo que los dems queden libres de distorsin Comparacin: sistemas de rango completo = sistemas bi / tri-amplificados: estos ltimos ofrecen una serie de ventajas como las descritas anteriormente. Por otro lado, un sistema bi tri-amplificado generalmente implica un costo mayor al de un sistema de rango completo.

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    8- Bafles de rango completo:Bafles de rango completo: con esta frase, definimos un sistema de parlantes conectado de manera especfica en una misma caja que es capaz de cubrir adecuadamente un rango completo de material de programa. Para sistemas de sonido, usualmente hablamos de unidades de 2 vas de 3 vas. La figura a continuacin ilustra la idea:

    Una primera idea (A) es la de cajas separadas para cada va de reproduccin. La filosofa, comn en los sistemas ms tradicionales, es la de la comodidad para trasladar y maniobrar las cajas, aunque en el ltimo tiempo se los puede considerar un tanto "incmodos" y complicados a la hora de un armado rpido, dificultando tambin el control de fase, tan importante en un sistema sonoro. Otra opcin es la de ubicar todo en una sola caja, (B), donde el concepto es evitar conexiones y armados innecesarios.

    a. Condiciones de ambiente: cuando un bafle es utilizado en lugares cerrados junto a grandes superficies, la distancia y el ngulo formado afectan la forma de percepcin de sonido. El grfico que aparece a continuacin nos ilustra lo que ocurrira con un bafle omnidireccional ubicado en campo abierto y/o con 1, 2 y 3 superficies formando ngulos. En la realidad, los parlantes son omnidireccionales solamente en sus frecuencias ms graves, y, a medida que nos acercamos a los agudos, la irradiacin sonora es cada vez ms direccional. Por ello, si ponemos un bafle cerca de una pared, en un ngulo formado por dos paredes, las frecuencias ms graves sonarn con mayor intensidad, mientras que los medios y especialmente los agudos sonarn con igual intensidad.

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    9- Especificaciones:Especificaciones: las ms importantes son: Respuesta en frecuencia, Capacidad de potencia, Sensitividad, Impedancia y Caractersticas Direccionales.

    a. Respuesta en frecuencia: por ella podemos saber el rango que este bafle es capaz de

    reproducir trabajando en su potencia especificada. Puede ser dado de manera formulada de manera grfica. La segunda opcin nos da mucha ms informacin que la primera.

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    b. Capacidad de Potencia: nos permite conocer la cantidad de potencia de amplificador

    que un sistema es capaz de manejar sin problemas de ningn tipo. La especificacin puede hacerse de varias maneras y guarda relacin directa con las formas de especificar potencia para amplificadores. Una variante utilizada a veces es la especificacin EIA (sigla de Asociacin de Industrias Electrnicas). Genera una seal promedio que testea la capacidad trmica del sistema y tambin genera picos en un nivel de 6 dB superior a este promedio. Por ejemplo, una especificacin EIA de 100 watts implica una capacidad de picos de 400 watts.

    c. Sensitividad: en el caso ms utilizado se especifica a 1 watt de potencia, medido a una distancia de 1 metro. Otras opciones pueden ser: 1 watt a 1,20 metro 1 milliwatt a 10 metros. La impedancia utilizada es generalmente la nominal del equipo. Es importante recordar que una diferencia de 3 dB de un bafle con respecto a otro generar la sensacin de estar utilizando el doble de potencia entre un caso y el otro. Otro aspecto importante a considerar es la , que es el porcentaje de potencia acstica generada en todas las direcciones por un bafle.

    d. Impedancia: es la oposicin a la circulacin de corriente alterna en un circuito elctrico. La impedancia nominal es relacionada con la cantidad de poder que un parlante puede aprovechar de un amplificador. Por ejemplo, con una especificacin para un amplificador de 100 watts en 8 ohms, un parlante de 8 ohms reproducir 100 watts. Un parlante de 16 ohms estar en el orden de los 50 watts. Nuevamente, la idea se relaciona con lo conversado en la discusin de amplificadores.

    e. Caractersticas direccionales: normalmente especificamos en relacin horizontal y vertical. Algunas consideraciones importantes:

    i) Si no se especifica rango, se entiende que se trata de medios y de agudos. Los graves se consideran omnidireccionales. Las dos figuras a continuacin nos presentan un ejemplo para ver:

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