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Interferencias constructivas y destructivas

  • Publicado en Didáctica directo

Lacoustics 4El hecho de estar en un concierto en una posición u otra de la audiencia hará que el sonido percibido por cada espectador sea diferente. Este fenómeno es inevitable y es consecuencia, entre otras cosas, de interferencias entre las fuentes, que pueden ser constructivas, en caso de suma, o destructivas, en caso de atenuación.Si observamos la respuesta en frecuencia entregada por un RTA en un concierto observamos crestas y valles.

Lamentablemente, el RTA no será capaz de decirnos si estas irregularidades en la respuesta son causa de diferencias de tiempo de llegada al micrófono de medida o de algún defecto en la reproducción del sonido por parte de las cajas acústicas. La única forma de saberlo sería realizar una función de transferencia con cualquier programa de medición que tenga esta posibilidad.

El oído está acostumbrado a la reducción de audición de energía en una banda (debido al material fonoabsorbente, por ejemplo), así el oído oirá una subida más fácilmente que una reducción. En general, una subida de alrededor 6dB es tan evidente como una reducción de 9dB. Por ello, al mezclar se preferirá reducir frecuencias indeseadas más que realzar las frecuencias deseadasesto dará claridad al sonido. Si miramos la mesa de sonido después de una mezcla que ha sido hecha por un ingeniero experimentado, encontraremos más ajustes de reducción que ajustes de alza.

La suma máxima de 6 dB ocurre cuando dos señales de igual nivel se combinan. Este es el aspecto más positivo del comb filter. Por otro lado, el efecto de cancelación es extremadamente profundo y ancho. El ancho de banda de los picos y los valles es asimétrico, siendo los primeros más anchos que los segundos. Mientras que el tamaño de los picos puede reducirse con ecualización, los valles son demasiado profundos y anchos para ser ecualizados de una forma práctica.

Babylon 2

Al aumentar el desajuste de nivel, el tamaño de los picos y los valles se reduce y la pendiente de las formas del filtro se vuelve menos severo. Esto permite que el sistema sea más adaptable a la ecualización.El estrechamiento progresivo del ancho de banda de porcentaje de cada pico sucesivo puede ser de una octava a centésimas de octava. Para que la ecualización sea efectiva, el ecualizador tendría que tener ancho de banda y frecuencia central ajustable.

El ecualizador sólo deberá usarse una vez agotados los otros métodos de alineación de sistemas (como reposicionar y ajustar retrasos y niveles); se habrán minimizado los desajustes de tiempo y maximizado los desajustes de nivel. 

El "ripple" en la respuesta que queda podría ser solucionado con ecualización

Es verdad, sin embargo, no se puede corregir el comb filter con frecuencias centrales fijas y componentes de ancho de banda, tales como ecualizadores gráficos de 1/3 de octava. Éstos pueden tener, a lo más, un rango de frecuencia donde su ancho de banda coincida con la respuesta del sistema. Todos los demás serán más o menos estrechos. Luego deberemos tener fortuna para que este rango caiga dentro de una de las frecuencias centrales estándares ISO, propias de los ecualizadores gráficos.

Comb filter
El comb filter o efecto de peine se calcula de la siguiente manera: si una señal llega con una diferencia “x” expresada en milisegundos (a este tiempo se le conoce como offset), para conocer cuál es la frecuencia de cancelación, deberemos calcular la inversa del offset, es decir 1/offset y, puesto que se produce una cancelación cada medio ciclo, la primera en producirse será la mitad de la frecuencia de cancelación.

Vamos a explicar esto con un ejemplo práctico:

Si una señal nos llega con un tiempo de 41ms y otra con 40ms, el tiempo de offset que será la diferencia es de 1ms. Si pasamos 1 ms a segundos tenemos 0,001s, ahora bien, la frecuencia de cancelación será 1/0,001, o sea 1000Hz.

Esto quiere decir que cada 1000Hz tendremos una cancelación, siendo la primera cancelación la mitad de estos 1000Hz, ¡o sea 500Hz! Y las siguientes cancelaciones 1500Hz, 2500Hz, 3500Hz, 4500Hz....

Si calculamos la respuesta de impulso, observamos que existen dos impulsos con una diferencia de tiempo, que en el ejemplo anterior es de 1ms, siendo el primer impulso el correspondiente a la señal que nos llega antes, y por lo tanto más alto, y el segundo impulso el de la señal que nos llega después, y por lo tanto con menos nivel.

Así, si sabemos la diferencia de tiempo de trayecto entre las fuentes podemos calcularla, en caso de conocer sólo distancias ( t = e/v), conoceremos también cuál es la frecuencia de cancelación, es decir cada cuánto se produce una cancelación y, por consecuente, cuál será la primera cancelación que ocurre a 180º de esta frecuencia.

Babylon 3

El batido y otros fenómenos acústicos 
Este fenómeno se produce cuando dos ondas sonoras son de frecuencia muy próxima. La percepción auditiva es como una sola señal, pero con un desfase que varía en el tiempo, provocando una sensación de diferencia de amplitud. Si consideramos dos frecuencias F y F + DF, al combinarse van a formar una onda resultante cuya frecuencia será F + DF/2.

En términos matemáticos 2cos (F + DF/2) significa una anulación de DF por cada segundo, donde la frecuencia de batido oscilará a una frecuencia DF. Así, una pequeña variación en el tiempo se apreciará. No representa realmente la más pequeña variación de frecuencia que se pueda detectar, pero sí una percepción de ondulación en amplitud, producida por la combinación de los dos sonidos puros oídos simultáneamente.

Escojamos el ejemplo siguiente, dos sonidos puros de 319Hz y 320Hz se percibirán como un solo sonido de 319,5Hz. Nuestro oído será incapaz de distinguirlos, pero lo que sí notaremos será un efecto de batido una vez por segundo.

El batido es percibido como un cambio periódico en amplitud, consecuencia de la combinación física de los dos sonidos. Estos continuarán con el efecto de batido hasta que la diferencia exceda en, aproximadamente, 10 a 15Hz.

Acabamos de ver que la percepción sonora varía con la frecuencia, pero también lo hace con el nivel sonoro, cuando dicho nivel aumenta la sensación en frecuencias agudas es mayor que en frecuencias graves.

También ocurre con la duración de la señal, así los sonidos de duración inferior a 1 segundo no se perciben de la misma manera que otros sonidos permanentes. Un sonido puro de 1KHz durante 0,02s se percibe como un sonido de frecuencia inferior.

Factores acústicos 

Acoplamiento

Ocurre cuando el desajuste de tiempo y de nivel está cerca de cero. En este caso, las señales llegan en fase y pueden sumar hasta 6 dB como máximo. Esto es más fácil de lograr en bajas frecuencias, donde la longitud de onda es larga. Por lo tanto el desajuste físico de varios componentes no se vuelve demasiado grande y los frentes de onda se mantienen en fase. Logramos así la suma de potencia en ar

Combinación

Ocurre cuando el desajuste de tiempo es bajo y el de nivel es alto. Para lograr esto, los componentes deben encontrarse muy próximos; pero debe tener un método para obtener un desajuste de nivel alto. Esto puede lograrse utilizando sistemas de cajas acústicas direccionales acomodados como un punto de origen. Esta técnica es utilizada para ampliar la cobertura.

Cancelación

Ocurre cuando el desajuste de tiempo es grande, pero el de nivel es bajo. Esto sucede cuando las cajas acústicas se encuentran acomodadas con patrones de cobertura idénticos, como arreglos paralelos. Mientras que esto puede darnos una suma sustancial, es muy dependiente de la posición y causa grandes variaciones en la respuesta de frecuencia y baja inteligibilidad.

El eco

Ocurre cuando el desajuste de tiempo es grande y el aislamiento es bajo, de manera que los sistemas suenan como fuentes discretas. Esto también causa grandes variaciones en la respuesta de frecuencia y una baja inteligibilidad, por lo tanto se debe evitar.

La reverberación

Ocurre cuando hay un gran desajuste de tiempo y el aislamiento es también suficientemente grande, de manera que la interacción suene como el carácter de decaimiento normal de una habitación. Si es mantenida al mínimo, no afectará drásticamente a la inteligibilidad del sistema. Esto es preferible en a la cancelación o al eco.

El aislamiento

Ocurre cuando el desajuste de nivel es lo suficientemente grande como para que la segunda caja acústica no tenga casi ningún efecto audible sobre la respuesta de la primera. Mientras el desajuste de tiempo aumenta, mayor cantidad de desajuste de nivel es requerido para lograr el aislamiento. Esta es una opción muy recomendada.

 

Brooklyn Funk Essentials

 

Las reflexiones
Las reflexiones son virtualmente idénticas a la interacción entre cajas acústicas. La causa de las sumas y cancelaciones en las cajas es la misma que en las reflexiones. Una superficie reflejante puede ser visualizada como una caja acústica Fantasma (con otro punto de origen) que añade energía en el área de cobertura.

Al igual que en el caso de la interacción entre cajas acústicas, la energía reflejada puede ser útil. Si el desajuste de tiempo y nivel de la energía reflejada es muy bajo, tendremos acoplamiento. Esto es lógico, recordemos, con los subgraves en el suelo o en una esquina. En este caso la energía reflejada duplica o cuadruplica la eficiencia de la caja acústica.

El coeficiente de absorción de una superficie es determinante en el nivel del sonido reflejado y su correspondiente "ripple". El ángulo entre la caja acústica, la pared, y la persona que escucha tendrá mucho efecto en la intensidad de éste y el tema o área afectada. Cuanto más en el eje de la caja se encuentre la superficie reflejante, mayor será el "ripple".

Tomemos el ejemplo de un arreglo de subgraves en línea donde la separación entre cajas es menos 2/3 de la longitud de onda de la frecuencia máxima que vamos a reproducir, es decir, la frecuencia de corte. En nuestro ejemplo la separación entre cajas es de 2m.

En el caso anterior se cumple el mapa de presión sonora, ya que no hemos activado las paredes, por lo tanto no existen fuentes virtuales ni reflexiones. Ahora sí que hemos activado la simulación de paredes. Observamos que tenemos en el área del público interferencias constructivas y destructivas, que no nos afectan tanto, porque la distancia entre cajas es respetada.

Veamos ahora qué ocurre cuando modificamos la distancia entre las cajas de los extremos y la pared. Pues al acercar las cajas de los extremos a la pared lo hemos hecho de tal forma que esta distancia sea exactamente la mitad que la existente entre ellas, es decir 1/6 de la longitud de onda, para así poder aprovechar la fuente fantasma creada por efecto de la pared.

Otro fenómeno muy curioso ocurre con los line array, pues cuanto más nos alejamos de las cajas, tenemos interferencias constructivas o de suma, mientras que cuando nos acercamos tenemos diferencias mayores, por lo tanto, interferencias destructivas.

Conclusiones
Hemos visto que no existe una solución clara para eliminar los efectos de las interferencias constructivas o destructivas, pero sí los podemos minimizar. La solución más inmediata sería reposicionar cajas, ajustar retrasos y niveles; así se habrán minimizado los desajustes de tiempo y maximizado los desajustes de nivel.

El "ripple" en la respuesta que queda podría ser solucionado con ecualización.

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