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Arreglos de subgraves

  • Publicado en Didáctica directo

arreglo subgraves
En este tema trataremos las diferentes formas de colocar los subgraves en una sonorización en directo. Entendemos por subgraves las cajas acústicas que se encargan de la parte más baja del espectro de audio. A menudo vamos a un concierto y comprobamos con estupor que la señal de subgraves no llega en unos sitios con el mismo nivel que en otros, incluso esa diferencia de nivel entre zonas y dado que nuestro oído funciona a base de comparaciones, puede llegar a parecernos ausencia de señal.

Todo esto motiva que las críticas del sonido de un concierto no sean iguales, pues dependiendo del lugar exacto donde este situado el publico este opinara de una forma o de otra. Son muy frecuentes los comentarios que se suelen oír durante y después del concierto que "el bombo no se oye", "el bajo está muy metido en la mezcla", "este equipo de esta marca no tiene graves" o "vaya técnico más malo"...

Aunque partimos de la base de que el técnico de sonido debe ser consciente de cómo se oye el equipo en todo el recinto, la verdad es que unas veces por falta de tiempo y otras porque recién salido de la academia X el técnico es otra "estrella" más que no se mueve de la mesa de mezclas para nada, ya que esta obsesionado con los faders, potenciómetros, pulsadores, leds, pantallas... de la mesa y del resto de procesadores del control de FOH (Front Of House), sistema principal de P.A.

Una figura que en nuestro país sólo se encuentra por el momento en empresas muy grandes, aunque en países como Inglaterra, Francia, Alemania... está plenamente asumida, es la del "técnico de sistemas" que sí es el que se tiene que preocupar de que el sonido general en el publico sea lo mas uniforme e inteligible posible.

Así el técnico de mezcla se limita a su labor, que es la de mezclar el grupo que le contrató y el técnico de sistemas hace los ajustes adecuados por parte de la empresa de alquiler o por parte de la productora de la gira y así todos están contentos.

Para entender los problemas causados por la disposición de los subgraves, debemos entender que una frecuencia grave es omnidireccional, por lo que una sola caja de subgrave reproduciendo dichas frecuencia será omnidireccional, cosa que podemos comprobar en el mapa de predicción sonora (MAPP ON LINE-MEYER SOUND), en la Figura 1.

No ocurre lo mismo cuando colocamos dos o más fuentes, ésto es debido a la diferencia de tiempo con el que las señales de audio llegan al oído de cada uno y a las interferencias constructivas y destructivas, según los casos.

Eso si el nivel resultante de las dos cajas nos sumara 6dB más, pues si aplicamos la siguiente fórmula para obtener el nivel de presión sonora SPL resultante de doblar cajas, 20log 2/1 = 6dB.

Según vemos en la Figura 2, en un recinto de 60x30m tenemos dos fuentes sonoras y dos cajas de subgraves. Por distancia vemos que llegará con la menor diferencia en la posición A, o sea donde hemos colocado la mesa de mezclas, no ocurre lo mismo con las otras posiciones B, C, D, E, F, y G (Figura 3).

Efectivamente lo anticipado anteriormente se cumple una vez hecha la predicción acústica, aparecen los famosos "callejones"o "pasillos".

Así, si el técnico no se mueve del control, no se dará cuenta de esos pasillos.
En la Figura 4 correspondiente a la posición A del micrófono de medida, es decir en el control, observamos cómo la respuesta en frecuencia es homogénea y lógica tratándose de una caja de subgrave.

Y ahora (Figura 5) hemos observado la diferencia de respuesta en frecuencia al situarnos en la posición C, que en este caso corresponde justo a un pasillo.

Este defecto se sitúa en torno a los 100Hz, que es a la frecuencia a la que hemos realizado la predicción. A esta fuerte atenuación, que no es otra cosa que una interferencia destructiva, se le llama cancelación.

Evidentemente no es una cancelación total, pero observamos que existe una caída real de más de 6 dB en todo el espectro de bajas frecuencias con respecto al punto A, en concreto en la zona de 100Hz tenemos más de 20dB de diferencia.

Ya hemos visto que este problema se da siempre y cuando usemos una configuración izquierda y derecha de subgraves, es decir, en la mayoría de los casos de conciertos a los que asistimos desde años.

Entonces la pregunta es: ¿se puede evitar esto?
La respuesta es: ¡Claro que sí!
Y la pregunta resultante es: ¿Cómo?
Respuesta: ¡¡¡Pues aplicando diferentes teorías escritas en el siglo pasado por Harry Olson!!!

Estas teorías las podemos encontrar en el libro "Acoustical Engineering":
2.3 Double Source (pags. 32-35)
2.5 Straight-Line Source (pag. 36)
2.6 Beam Tilting by Phase Shifting (pags. 36-37)
2.9 End Fired Line Source (pags. 38-39)

Sí señor, esto se resuelve aplicando las teorías que Harry Olson escribió en su libro Acoustical Engineering que se publicó en 1947. Pero que nadie se atrevió a aplicar hasta que un técnico de sistemas de nuestro país, más concretamente ÁLVARO ELENA, (Soporte Técnico MEYER SOUND ESPAÑA) empezó efectivamente a aplicarlo, hace unos 4 años aproximadamente, en giras y en el festival internacional de Benicassim, convenciendo con el resultado a los técnicos de la empresa de alquiler, técnicos de grupos españoles y extranjeros participantes en el festival.

Esto tiene mucho mérito, pues se trata de convencer a los técnicos de sonido de un concepto y una idea nueva contraria a la que tenían desde el principio de sus carreras profesionales.

Desde entonces todas estas técnicas se están aplicando en las grandes giras que hay en nuestro país, y el ejemplo se ha propagado al resto de mundo, como en el caso del festival de la Isla de Wight.

Veamos cuáles son las técnicas y teorías que ya explicaba Harry Olson y que se empezaron a aplicar en España antes que en ningún lugar.

LA TEORIA
Veamos qué ocurre al colocar una fuente omnidireccional a cierta distancia de otra. Si aplicamos la fórmula siguiente sabremos cuál es la relación de fase existente:

D x Fr x 360/340

En la Figura 6 tendremos 90º de relación de fase si aplicamos la formula citada anteriormente, lo que resulta una suma en la parte frontal donde la relación es de 0º y 90º en la parte donde tenemos mayor diferencia, o sea una diferencia de 3dB.

En la Figura 7 obtenemos 180º debido a la distancia de separación, lo que nos da una atenuación máxima en la parte más lejana, al haberlos separados 1,7m lo que corresponde a la mitad de la longitud de onda de 100Hz.

En la Figura 8 hemos separado 2,27m las fuentes sonoras, con lo que la relación de fase es de 240º, por lo que obtenemos una atenuación de 6 dB con respecto al punto de 0º.

Al llegar a 240º de separación aparecen los problemas de cancelación, ya que la parte donde tenemos una relación de 180º se desplaza hacia la audiencia. Cuanto más separemos, más cancelaciones aparecerán, dando lugar a los conocidos pasillos.

Podemos concluir que para tener siempre suma y evitar cancelaciones no debemos separar las cajas de subgraves más de 240º de la frecuencia máxima a reproducir, en el caso de sistemas de varias vías esta frecuencia, la determina la frecuencia de corte superior.

Evidentemente, a toda esta conclusión llegó también Harry Olson, como muestra las ilustraciones que aparecen en su libro (Figuras 9 y 10).

SUBS EN LINEA
Ya que sabemos la relación máxima que no debemos sobrepasar, en el mismo recinto que teníamos anteriormente de 60x30m, hemos dispuesto 8 subgraves en línea para ver si solucionamos el problema (Figura 11).

Veamos que ocurre al hacer la predicción a 100Hz: Figura 12.

Efectivamente, al haber separado las cajas entre sí 2 m estamos aún en el límite de los 240º de la frecuencia máxima escogida de 100Hz, por lo que habrá suma (Figura 13).

Vemos que se cumple la regla para 80Hz, ya que su longitud de onda será mayor (Figura 14).

Y se sigue cumpliendo para frecuencias inferiores, por ejemplo en 50Hz.

En el caso de recintos cerrados debemos colocar las cajas más próximas a las paredes a una distancia mínima correspondiente a 120º de la frecuencia máxima que se vaya a reproducir. Ésto es porque debemos tener en cuenta la generación de una imagen fantasma equivalente por el efecto de la pared, con lo que tendremos como consecuencia otra fuente virtual situada a la misma distancia detrás de la pared con el resultado acústico derivado. Así, al colocar la última caja a 120º conseguimos tener 240º de separación con la fuente virtual.

Por lo tanto está claro que preferiremos configuraciones en líneas de subgraves.a una configuración típica L y R.

Los únicos inconvenientes que encontramos es que la cobertura es bastante estrecha y tiene como limite las ultimas cajas de cada extremo, también tenemos mas energía detrás del arreglo, lo que en muchos casos es un problema.

ARCO DE SUBGRAVES
Para evitar los inconvenientes del arreglo en línea en cuanto a cobertura estrecha, tenemos otra opción de arreglo que nos permitirá ganar en cobertura pagando el precio de menos presión en el control.

Recordemos que la cobertura de una caja viene determinada por el ángulo formado por los puntos a un lado y otro del eje donde la presión sonora cae 6dB.

En la Figura 15 tenemos los 8 subgraves, esta vez dispuestos en arco. Para conseguir más cobertura dependiendo de la forma del recinto, es necesario marca unos puntos dentro del recinto donde dirigir la bisectriz intermedia de cada caja, con objeto de conseguir 0º en cada punto.

Vemos una vez hecha la predicción (Figura 16) que, efectivamente, hemos ampliado cobertura, aunque disminuido levemente el nivel de presión sonora en el control. Pero siempre será mejor que todo el público tenga poca diferencia de nivel entre las distintas zonas a que el técnico sea el más beneficiado, perjudicando gran parte de la audiencia con los "pasillos". También hemos conseguido disminuir el nivel de presión en el escenario.

Existe otra forma de hacer el arco: sin desplazar las cajas de subgraves y dejándolas en línea recta. Esto supone calcular la distancia en el eje de la X que existe desde la caja más cercana al control (la que no se ha movido) y la adyacente y así sucesivamente, tomando como referencia la caja central.

En nuestro ejemplo, estos han sido los resultados:

Caja 1 central: x1=10,8
Caja 2: x2=10,61
Caja 3: x3=10,22
Caja 4: x4=9,74

Delay caja 1: Siempre 0
Delay caja 2: x1-x2/V=0,55ms
Delay caja 3: x1-x3/V=1,7ms
Delay caja 4: x1-x4/V=3,11ms

Así hemos conseguido (Figura 17) un arco electrónico que simula el arco físico, consiguiendo también ampliar cobertura y tener menos energía en el escenario.

Efectivamente, el arreglo en línea sin delay o con él, simulando el arco electrónico, es una configuración que se usa cada día más, pues es la que permite mayor homogeneidad de la cobertura y la que menor diferencia presenta entre campo lejano y campo cercano.

Sin embargo, ocurre lo contrario que colocando los subgraves en bloque, es decir, tenemos mucha presión delante de las cajas y mucha menos en campo lejano. De ahí que tengamos la sensación que los arreglos en línea llegan más lejos.

Estos arreglos son muy coherentes al combinarlos con sistemas de line array.

SUBGRAVES CARDIOIDES
Esta teoría sorprendente, que ya describió Harry Olson y que denomina "END FIRED LINE SOURCE", consiste en agrupar subgraves uno detrás de otro para conseguir directividad cardioide, con suma constructiva en la parte delantera y cancelación importante en la parte trasera.

Requiere al menos 4 subgraves para poder cancelar 2 octavas. Se suele escoger la franja desde 40Hz hasta 125Hz por tratarse de un subgrave.

Consiste en colocar subgraves uno al frente de otro y añadir "delay" progresivo, es necesario en el caso de 4 subgraves 4 canales de "delay" electrónico.
La distancia entre cada uno de los subgraves (centro-centro) es la que define el valor del delay electrónico (distancia convertida a tiempo en milisegundos).

En nuestro caso escogemos la frecuencia central de 85Hz, cuya longitud de onda es de 4m, como se desprende de la formula:
Longitud de onda = V/Fr = 340/85= 4m

Si separáramos las cajas entre sí 1m, cada una tendrá que añadir retardo electrónico correspondiente, así si lo convertimos a tiempo obtenemos 2,94ms.

T= e/V = 1/ 340 = 0,00294s. Para pasarlo a milisegundos multiplicamos por 1.000 y tenemos los 2,94ms mencionados.

La separación entre el primero y el segundo elemento define el centro de la frecuencia superior de cancelación trasera.

La separación entre el primer y el tercer elemento define el centro de la segunda frecuencia de cancelación trasera (la mitad del caso anterior).

La separación entre el primero y el cuarto elemento define el centro de la tercera frecuencia de cancelación trasera (un tercio del primer caso).

Por ejemplo, para cancelar desde 30Hz hasta 125Hz se debe hacer lo siguiente:

Subgrave 1 (0ms de delay)
Subgraves 2 (1mt adelante del primero, 2.94ms de delay)

Subgraves 3 (2mt adelante del primero, 5.88ms de delay)

Subgraves 4 (3mt adelante del primero, 8.82ms de delay)

Entendemos que el subgrave 1 es el primero, o sea el más cercano al escenario, y el subgrave 4 es el más cercano al público.

Evidentemente, todos los subgraves deben tener la misma polaridad y nivel, así como el mismo número de orden o pendiente en los filtros HPF y LPF.

El resultado es suma de 12dB en el frente (debido al uso de 4 subgraves), y más de 20 dB de reducción atrás.

Veamos qué ocurre (Figura 18) al hacer las predicciones acústicas correspondientes, colocando 4 subgraves separados 1m de centro a centro con retardo progresivo de 2,94ms.

Existen otras técnicas de subgraves cardioides como, por ejemplo, a partir del ancho de banda que se desea cancelar se selecciona la frecuencia intermedia, se coloca un subgrave, y el segundo por delante separado (centro-centro) la cuarta parte de la longitud de onda de la frecuencia mencionada anteriormente, después se añade "delay" electrónico al subgrave trasero, además de invertir la polaridad del subgrave trasero.

Estas técnicas de subgraves cardioides están muy de moda y, aunque Meyer Sound fue de los primeros en experimentarlo, hoy día otras marcas como Nexo, d&B y Adamson están en ese camino.

CONCLUSIÓN
Ya hemos visto que todas estas técnicas no son nuevas y se basan sólo en física y acústica escrita hace más de medio siglo, pero que se están aplicando hoy.

Lo que tratamos siempre con estos artículos didácticos es poner al alance de todos estas teorías y experiencias, para que cada uno elija el arreglo que más le convenga según cada caso.

Recuerde:

Sistema L R: Se crea suma en el control y pasillos en el público.

Sistema en Línea: La respuesta es más homogénea y desaparecen los pasillos, cobertura estrecha y nivel importante en el escenario.

Sistema en Arco físico: La respuesta sigue siendo homogénea, abrimos cobertura y disminuimos nivel en el escenario.

Sistema en Arco electrónico: Respuesta idéntica a la anterior, con reducción de nivel trasero y sin necesidad de crear arco físico.

  • Sistema de Subs cardioides: Respuesta homogénea y fuerte cancelación trasera, escenario muy limpio.

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