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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.



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

b. Sistemas piezoeléctricos: el concepto de "piezoeléctrico" data de finales del siglo XIX. Es una abreviación de "presión eléctrica"; describe una propiedad de algunos materiales cristalinos. Cuando este material es deformado mecánicamente se genera electricidad. Por otro lado, si se aplica potencia eléctrica a través del cristal, sus dimensiones varían, expandiendo ó contrayendo su tamaño en axis con la polarización eléctrica.

La figura a continuación nos muestra un esquema de trabajo de un piezoeléctrico:

Generalmente, la respuesta en frecuencia de un sistema piezoeléctrico 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 reproducción 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 (ó las dos al mismo tiempo.)

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

En sistemas de sonido los reproductores de graves nunca son piezoeléctricos. Se utilizan sistemas electromagnéticos.



A: estructura magnética. B: bobina. C: cono. D: aro. E: suspensión. F: suspensión. G: domo.

El tamaño de un parlante es especifica en términos del diámetro del cono. Las medidas habituales son 12, 15, 18 pulgadas (30,5; 38; 45,7 cm). Es importante observar la polaridad de conexión requerida. Hay varias formas de especificarla. Una de ellas es a través de código 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 ó con el signo (+). Una manera de reconocer la polaridad correcta de un parlante es la que sigue: Utilizando una batería de 9V, se puede determinar la forma de conexión 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 también es invertido.



b. Características direccionales: dependen de la relación entre el tamaño del cono y la longitud de forma de onda que se esté reproduciendo. Cuanto más grave sea la frecuencia, generalmente más omni-direccional es la respuesta del parlante. A medida que la frecuencia es mayor, la direccionalidad del parlante se hace cada vez más evidente. Cuando la longitud de la forma de onda es igual al diámetro del cono este fenómeno es muy importante. 45 grados fuera de axis implican una reducción de 6 dB promedio en el nivel de presión sonora.

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

algún tipo de caja, para prevenir el efecto de cancelación de forma de onda sonora que se podría producir si el parlante estuviera ubicado sin protección.



La idea de la "caja" es prevenir la cancelación sonora que se produce por la poca distancia que hay entre las dos caras del parlante y su interacción 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 fenómeno de cancelación. Medidas adecuadas permiten eliminar este factor no deseado.

a. Cajas frontales: por este nombre se identifican aquellos sistemas en los que el parlante está ubicado directamente en la superficie del bafle. La figura a continuación 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 diseño de una caja acústica se realiza teniendo en cuenta una frecuencia de resonancia. Este "tubo", permite reforzar mediante la forma de onda proveniente de atrás del parlante, la forma de onda proveniente desde su frente. Tamaño y forma de este elemento pueden ser ajustados en cada caso para "afinar" el sistema.

Otra variante en el diseño de "tubos de sintonía". Se utiliza para extender la respuesta de unidades pequeñas a frecuencias graves.



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

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

superficies ó en lugares abiertos porque permiten un mejor control de la direccionalidad del sonido emitido. Ayudan a controlar mejor la emisión de sonido. Las figuras a continuación 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 diseño está realizado teniendo en cuenta la manera particular de respuesta dada por las mismas. En la figura a continuación se ilustra un esquema típico:



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

6- Bocinas para reproducción de Bocinas para reproducción de

agudos:agudos: el diseño de una bocina siempre es fundamental para su rendimiento. Uno de los aspectos más importantes sin duda es el patrón de dispersión 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 ángulo de apertura, menor es la superficie en la que se concentra la acción 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 más 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 función es dividir esa señal de rango completo y entregar el rango correspondiente a cada componente.

a. Generalidades: en la figura a continuación se observa un sistema de dos vías 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, también tiende a desaparecer. El punto en el cual las líneas de respuesta se cruzan se conoce como "punto de corte" ó punto de división. 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 señal equipare la potencia de cada uno por separado. En sistemas de tres vías el principio de uso es similar. La relación en dB (diferencia de nivel) en los puntos de corte típicamente se ubica entre los 6 y los 24 dB por octava.



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

b. Crossovers pasivos: son elementos simples, diseñados 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.



Básicamente están armados a partir de capacitores, inductores y, a veces, resistencias. El diseño de un crossover está fuera del tema de este curso; no obstante, intentaremos resumir algunas características: I) Como son conectados después de la salida del amplificador, deben ser capaces

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

materiales utilizados en su construcción deben ser correctamente analizados. Una inserción de ruido de 1 dB podría 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 algún error en esto, el primer factor a analizar será el punto efectivo de corte , que puede variar en manera importante.

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

amplificador. Trabajan en niveles de línea (milliwatts) en relación a los crossover pasivos de alto nivel (cientos de watts). Debido a que la división en 2 ó más vías se da antes de la entrada al amplificador, se requiere un amplificador por cada vía de salida. NOTA: se puede combinar ambos tipos: por ejemplo: podríamos utilizar un divisor PASIVO para separar una caja de graves de una de medios y agudos. La señal que saldría de la consola, pasaría por el divisor y de allí, iría a través de dos amplificadores; uno a cada línea. A su vez, se podría utilizar un crossover ACTIVO, dentro de la caja, para separar lo que corresponde a medios de lo que corresponde a agudos.



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 continuación:

Headroom: el material de programa (ya sea musical ó de locución) se desarrolla a partir de una serie de frecuencias fundamentales y de sus armónicos. La mayor parte de los diversos géneros 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 resultará 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 porción de frecuencias que le corresponde, dedicando toda su capacidad a ellas y no generando distorsiones ni saturaciones en otro sector. De esta manera se amplía la ganancia del sistema (Headroom) de una manera superior a si utilizáramos un solo amplificador de potencia equivalente.



Eficiencia: como ya se estableció anteriormente, un crossover pasivo se construye con resistencias, capacitores e inductores. Las resistencias consumen algo de energía, provocando pérdidas en los capacitores e inductores. Un sistema bi-amplificado elimina dichas pérdidas, mejorando la eficiencia del sistema, que se traduce en un mayor nivel de presión sonora con la misma potencia de salida en el amplificador. Damping / Distorsión: 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 variación permitiendo que dicho factor se mantenga constante a través del tiempo. Por otro lado, la distorsión armónica causada por un amplificador es mucho menos audible en sistemas bi ó 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 armónicos 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 provocará una distorsión audible únicamente en el rango de frecuencias correspondiente, permitiendo que los demás queden libres de distorsión Comparación: sistemas de rango completo = sistemas bi / tri-amplificados: estos últimos ofrecen una serie de ventajas como las descritas anteriormente. Por otro lado, un sistema bi ó tri-amplificado generalmente implica un costo mayor al de un sistema de rango completo.



8- Bafles de rango completo:Bafles de rango completo: con esta frase, definimos un sistema de parlantes conectado de manera específica 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 vías ó de 3 vías. La figura a continuación ilustra la idea:

Una primera idea (A) es la de cajas separadas para cada vía de reproducción. La filosofía, común en los sistemas más tradicionales, es la de la comodidad para trasladar y maniobrar las cajas, aunque en el último tiempo se los puede considerar un tanto "incómodos" y complicados a la hora de un armado rápido, dificultando también el control de fase, tan importante en un sistema sonoro. Otra opción 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 ó junto a grandes superficies, la distancia y el ángulo formado afectan la forma de percepción de sonido. El gráfico que aparece a continuación nos ilustra lo que ocurriría con un bafle omnidireccional ubicado en campo abierto y/o con 1, 2 y 3 superficies formando ángulos. En la realidad, los parlantes son omnidireccionales solamente en sus frecuencias más graves, y, a medida que nos acercamos a los agudos, la irradiación sonora es cada vez más direccional. Por ello, si ponemos un bafle cerca de una pared, ó en un ángulo formado por dos paredes, las frecuencias más graves sonarán con mayor intensidad, mientras que los medios y especialmente los agudos sonarán con igual intensidad.



9- Especificaciones:Especificaciones: las más importantes son: Respuesta en frecuencia, Capacidad de potencia, Sensitividad, Impedancia y Características 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 ó de manera gráfica. La segunda opción nos da mucha más información que la primera.



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

que un sistema es capaz de manejar sin problemas de ningún tipo. La especificación puede hacerse de varias maneras y guarda relación directa con las formas de especificar potencia para amplificadores. Una variante utilizada a veces es la especificación EIA (sigla de Asociación de Industrias Electrónicas). Genera una señal promedio que testea la capacidad térmica del sistema y también genera picos en un nivel de 6 dB superior a este promedio. Por ejemplo, una especificación EIA de 100 watts implica una capacidad de picos de 400 watts.

c. Sensitividad: en el caso más 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 ó 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 generará la sensación 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 acústica generada en todas las direcciones por un bafle.

d. Impedancia: es la oposición a la circulación de corriente alterna en un circuito eléctrico. La impedancia nominal es relacionada con la cantidad de poder que un parlante puede aprovechar de un amplificador. Por ejemplo, con una especificación para un amplificador de 100 watts en 8 ohms, un parlante de 8 ohms reproducirá 100 watts. Un parlante de 16 ohms estará en el orden de los 50 watts. Nuevamente, la idea se relaciona con lo conversado en la discusión de amplificadores.

e. Características direccionales: normalmente especificamos en relación 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 continuación nos presentan un ejemplo para ver:

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