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Sistemas de sonorización

  • Publicado en Didáctica directo

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Para entender cómo funcionan los sistemas de sonorización, con ello nos referimos a sistemas de refuerzo sonoro (Sound Reinforcement) o lo que conocemos en España como sistemas de P.A. (Public Adress), tenemos que recordar conceptos teóricos básicos. Muchos técnicos de sonido, quizás por estar ya un tiempo trabajando en sonido directo y dejando años atrás los estudios académicos, no recuerdan estos conceptos que, aunque básicos, se aplican en el día a día de una sonorización.

Características físicas del sonido:

Frecuencia:el número de ciclos por segundo se llama frecuencia y su unidad es el hertzio (Hz). Nuestros oídos pueden oír entre 20 y 20.000 Hz, aunque este margen disminuye con la edad. Las frecuencias más bajas se corresponden con lo que habitualmente llamamos sonidos "graves", es decir, sonidos de vibraciones lentas, mientras que las frecuencias más altas se corresponden con lo que llamamos "agudos" y son vibraciones muy rápidas.

Periodo: es el tiempo (T) necesario para que se repita una oscilación. La relación entre éste y la frecuencia es: f = 1/T

Longitud de onda: es la distancia (l) necesaria entre dos puntos sucesivos con igual presión. (l) = v/f = v.t

La amplitud: es el máximo valor que alcanza una oscilación en un ciclo, se denomina también "valor de pico" o "valor pico".

Velocidad del sonido: el sonido viaja a una velocidad que varía según la temperatura, a más temperatura más velocidad. En nuestros cálculos usaremos la velocidad a 15 ºC, o sea, 340 m/s. Esto viene de aplicar la formula de V = 331m/s + (0,607 ºC).

 Los sonidos pueden ser puros o complejos

El sonido puro o tono puro contiene una sola frecuencia, pero este tipo de sonido producido naturalmente es excepcional. Un diapasón produce un tono puro. Los sonidos complejos son aquellos que están formados por múltiplos de una frecuencia, por ejemplo, la nota LA (440Hz). Producida por un instrumento, se compone de la nota fundamental y sus múltiplos, que son los armónicos, entre otros. Su longitud de onda (l) será 340/440 = 0,77m. Si tenemos en cuenta que la velocidad del sonido es de 340 m/s, la octava superior a esta nota sería exactamente el doble de esta frecuencia, 880 Hz, y su longitud de onda sería exactamente la mitad, 0,38m, por lo que cuanto mayor sea la frecuencia menor es su longitud de onda y viceversa.

* Fotografía. Metallica tour con sistemas Meyer Sound.

Otro gran aspecto teórico en sonido es el decibelio y su relación con la potencia y la intensidad.

Para representar la dependencia de una magnitud física cuyo valor se extiende en un rango amplio respecto de una variable, se muestra su dependencia con la función logaritmo de esta variable (Log X).

Este tipo de representación es lo que se llama escala decibélica (dB). El decibelio es la décima parte del belio o bel. El bel es el logaritmo en base 10 de la relación de dos potencias o intensidades. Esta unidad resulta demasiado grande por lo que se ha normalizado el uso de la décima parte del bel. Se utilizan los decibelios, por ejemplo, en los niveles de intensidad y sonoridad, ya que la relación entre ambas no es lineal.
En todos los casos, se usa para comparar una cantidad con otra llamada "de referencia". Normalmente, el valor tomado como referencia es siempre el menor valor de la cantidad.

Ejemplo: en un concierto la intensidad de un instrumento puede ser 100 veces mayor delante de la audiencia que detrás, aunque realmente ésa no sea la impresión que nos da. En la práctica, cuando aumentamos una señal de 3 dB, es equivalente a una sensación del doble de potencia.

Las relaciones de potencia e intensidad exprimida en decibelios son:
I = 10log I/Io Io = Iref(*)

spl

DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN DE SONORIZACIÓN

EL NIVEL SPL
El nivel de presión acústica, nivel SPL (Sound Presure Level), necesario viene impuesto por el nivel de ruido ambiente del lugar que vayamos a sonorizar, y a partir de éste la relación señal-ruido deseada.

En lugares como centros comerciales, estaciones de tren... el nivel SPL es bastante próximo al nivel de ruido ambiente, ya que el objetivo del sonido en dichas instalaciones es simplemente amenizar las compras o la espera. En caso de que hiciera falta difundir un mensaje de urgencia, el sistema debe ser capaz de reproducirlo al menos con 20dB por encima del nivel de ruido.

Como norma general, procuraremos que nuestro sistema sea capaz de reproducir 25 dB por encima del ruido ambiente, por ejemplo, una conversación normal entre dos personas suele ser de 55dB, en el caso de público en un concierto de rock puede llegar a 80dB!, por lo que nuestro sistema de sonido deberá ser capaz de alcanzar los 105dB, le sumamos a esto un nivel de pico de 10dB mínimos para la palabra (mítines, conferencias...) y 20 dB en el caso de la música (conciertos, discotecas...).

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* Fotografía. Alejandro Sanz con sistemas D.A.S. Audio.

INTELIGIBILIDAD DEL SISTEMA DE SONIDO
La inteligibilidad es la mayor o menor claridad con la que se entiende un mensaje sonoro. Se puede calcular para un determinado sistema.

La relación de nivel sonoro SPL entre el mensaje y el nivel de ruido del ambiente es determinante en la inteligibilidad. Pero existen otros parámetros que afectan a la inteligibilidad, como son:

- La relación señal/ruido (S / N).
- Tiempo de reverberación (RT60).
- Distancia a la fuente.
- Alineamientos equivocados de la fuente.
- Reflexiones tempranas.
- Reflexiones tardías o con alto nivel de energía.

Porcentaje de Alcons
Fue en 1971 cuando M.A.Peutz hizo publica su fórmula para el cálculo de pérdida de articulación de las consonantes llamado "porcentaje de Alcons":

D2: es la distancia del altavoz al oyente más distante.
V: el volumen de la sala en *.
RT60: el tiempo de reverberación en segundos.
Q: es el factor de directividad.
M: es el modificador de la distancia crítica, suele ser 1.
N: es la relación entre la potencia acústica que producen todos los altavoces y la que producen los altavoces que proporcionan el sonido directo al oyente.

Si el porcentaje Alcons está por debajo del 10%, la inteligibilidad será muy buena; entre el 10 y 15% será buena, mientras que por encima del 15% será buena para mensajes simples u oradores experimentados. El gráfico que tenemos a continuación nos indica la relación S/N sobre el porcentaje Alcons. El porcentaje mejora al hacerlo la relación S/N hasta alcanzar los 25dB. Tras ello, la articulación no mejora aunque aumente S/N.

Tiempo de Reverberación (RT 60)
Definimos tiempo de reverberación (REV TIME) como el tiempo que es necesario para que el nivel de una señal disminuya 60 dB, una vez cesada la emisión de dicha señal.
El tiempo de reverberación es:

V * S / a * S

T = tiempo
V = volumen
S = superficie total
* = Constante 0,161

 

Distancia crítica
Es la distancia entre la fuente y el oyente para la cual la energía de la reverberación es igual a la energía directa. Cuanto mayor sea el RT60 menor será la distancia crítica.

COBERTURA DEL SISTEMA
Es la uniformidad del nivel SPL sobre la audiencia. A la hora de diseñar nuestro sistema hay que tratar de conseguir una cobertura lo más uniforme posible; esto significa que la variación de SPL de unos puntos de escucha a otros debe ser mínima, para evitar zonas privilegiadas de escucha y zonas de escucha con pobre calidad de sonido. Se debe evitar tanto que los oyentes próximos a las cajas acústicas estén sometidos a niveles excesivos de SPL, como que los más distantes no reciban un nivel suficiente y claro.

11 St Francis Side View Without FIRmaker

Recordemos que la cobertura de una caja acústica es el ángulo útil de ésta, es decir, la distancia entre los dos puntos fuera del eje donde la presión acústica cae 6dB.

RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL SISTEMA
El espectro de audio se extiende desde 20 Hz a 20 Khz, pero, evidentemente, nuestro sistema no tiene necesariamente que ser capaz de reproducir todo este rango de frecuencias. El rango a reproducir dependerá de la aplicación. Así, mientras que para un sistema empleado para una conferencia bastará con que reproduzca desde 200 Hz a 6000 Hz, un sistema para discoteca deberá llegar desde los 50 Hz a los 20 kHz.

Elegir sistemas acústicos con respuesta en frecuencia 50 Hz - 20 kHz en el eje significa que en una cámara anecoica (en la que no hay sonido reflejado) la respuesta del sistema no cae más de 10 dB a esas frecuencias respecto del valor dado como sensibilidad.

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* Fotografía. Alejandro Sanz con sistemas D.A.S. Audio.

ELECCIÓN DEL SISTEMA DE P.A. Y MONITORES
Antes de elegir el sistema de P.A y monitores debemos conocer las necesidades técnicas impuestas por el evento (potencia, respuesta en frecuencia...), artísticas (número de micros, efectos...) así como características acústicas (interiores, exteriores...). Debemos saber si el campo sonoro es en campo libre, difuso, reverberante, semi-reverberante, de presión, etc, y conocer los niveles requeridos sobre el área de la audiencia.

LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA
Esta ley nos indica cómo varia el nivel SPL a medida que nos alejamos de la fuente de sonido. Esta variación es de 6 dB cada vez que doblamos la distancia.

SPL (distancia de medida) = SPL (distancia de referencia) - 20 Log distancia de medida / distancia de referencia)

Absorción atmosférica
La energía se pierde debido a la viscosidad y al calor de conducción del aire junto con la rotación de sus partículas. La variación de la absorción, sobre todo en las frecuencias altas, no debe ignorarse: imaginen una prueba de sonido realizada a las 14h y el comienzo de la actuación después de la medianoche.

La respuesta de frecuencia se atenúa también sobre todo en altas frecuencias debido además de a la temperatura, a la humedad y presión atmosférica.

Reflexión y absorción
El sonido puede ser reflejado cuando incide sobre un objeto mayor que un cuarto de su longitud de onda (reflexión sobre el objeto), mientras que cuando el objeto es menor que un cuarto de longitud de onda existe difracción (objeto rodeado).

SISTEMA DE P.A. Y MONITORES
Ya tenemos prácticamente todos los elementos para elegir nuestro sistema de P.A. (Public Adress) y de Monitores. La P.A. será el sistema principal de difusión de sonido para el público, mientras que los monitores, también llamados cuñas debido a su forma, serán el sistema de difusión sonoro para los músicos, el retorno.

El sistema de P.A. y el de monitores son dos sistemas de sonido totalmente diferentes, compuesto cada uno por cajas acústicas, etapas de potencias, mesa de mezclas, ecualizadores, procesadores de dinámica, etc., y un técnico de sonido para cada sistema, aunque también se puede emplear una única mesa y técnico para controlar los dos sistemas.

Lo que sí podemos adelantar es que necesitaremos tantos monitores como músicos existan, incluso puede que alguno necesite más. La mesa de monitores deberá tener tantas salidas como monitores se necesiten, también incluiremos en nuestra configuración procesadores de dinámica para un mayor control de la señal en el escenario, ecualizadores gráficos para cada monitor y algún efecto según las necesidades artísticas del músico. La mesa, el rack de efectos, dinámica, ecualizadores y el técnico de monitores deberán estar instalados a un lado del escenario.

En cuanto al sistema de P.A., una vez conozcamos los datos anteriores podremos elegir los niveles en dB SPL necesarios para nuestras cajas, la respuesta en frecuencia necesaria según el tipo de acto a sonorizar. El número de oyentes así como el tamaño del recinto determinará la potencia necesaria y la directividad de las cajas.

ELECCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LAS CAJAS ACÚSTICAS
Puesto que se va a reproducir música y el ángulo a cubrir es bastante amplio podemos tratar de resolver nuestro sistema con columnas laterales, una a cada lado del escenario.

Imaginemos que tenemos unas cajas con una sensibilidad de 102 dB SPL (lw/1m) que soporta una potencia de 1000 W: ¿Qué SPL proporciona a l m, cuando le aplicamos la máxima potencia?

SPL a plena potencia (RMS) = 102 + 10 log (l 000 / 1) = 102 + 10 * 3 = 132 dB

El nivel SPL que tendremos a 60 m de la caja en la dirección de su eje será:

SPL (a 60 m) = 132 - 20 log (60/1) = 132 -38 = 96 dB SPL

Si pusiéramos dos cajas, una al lado de otra, existiría riesgo de solapamiento, es decir, que el sonido generado por una caja se añadiría al generado por la otra con lo que los niveles se sumarían pero no en todo el espectro de frecuencia. Siempre que añadamos más cajas tendremos una subida de nivel de 3dB

La forma clásica de colocar las cajas acústicas es sobre el escenario a izquierda y derecha. Si colocamos más de una caja por lado tanto una pegada a otra como una encima de otra, estamos hablando de "Stacks". Este sistema tiene sus ventajas y sus inconvenientes: lo mejor es la facilidad y rapidez del montaje, lo peor es la atenuación por el público y la distancia.

La otra opción es colocar las cajas a un lado y otro del escenario "voladas" llamado también "Cluster", suspendidas de una estructura con lo que evitamos esa atenuación por parte del público y mejoramos la cobertura vertical del arreglo.

 

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