Mediciones del sonido

Sabemos que el sonido se puede oír, aunque cada persona lo oye de una forma diferente dependiendo del lugar donde esté en un recinto, pero también varía mucho con la respuesta del oído de cada persona. Es verdad que la respuesta del oído varía con la edad, pues aunque su respuesta se ve claramente en las curvas de Fletcher y Munson, la zona más sensible es la comprendida entre 2KHz y 5KHz; y esa zona es la que primero se perderá.

Lo que no variará, ni con la edad ni con pérdidas auditivas debido a exposiciones prolongadas a altos niveles de presión sonora, es la forma de medir el sonido con analizadores de distintas clases. Veamos pues las distintas mediciones.

Respuesta en frecuencia
Para entender de mejor manera el comportamiento del sonido es necesario, en primer lugar, interpretar las gráficas de respuesta de frecuencia, que muestran la relación entre amplitud y frecuencia.

Se considera plana una respuesta dentro de un margen de 3dB. Una respuesta de frecuencia plana, de una señal de ruido rosa donde todas las frecuencias se reproducen al mismo nivel.

No es lo mismo medir de la salida de una mesa de mezclas, es decir, una medición electrónica;  que si esa misma señal la medimos con un micrófono, la respuesta en frecuencia tendrá en cuenta la respuesta del equipo de sonido y de la acústica de la sala.

La respuesta en frecuencia tiene una resolución que se mide en partes de octava; así en audio lo más usual es el tercio de octava, que es el estándar en ecualizadores gráficos. Un servidor suele usar 1/12 de octava, ya que es la diferencia mínima que es capaz de apreciar el oído humano ¡y creo que el mío también!

Una definición mayor nos dificultará su interpretación, ajuste y corrección. Estos equipos que permiten visualizar la respuesta de frecuencia se llaman analizadores de espectro y funcionan en tiempo real, por lo que también se les conocen como RTA (Real Time Analyzer).

El rango de frecuencias audibles del oído humano se encuentra entre 20 Hz y 20,000 Hz (lo cual significa que solamente podemos escuchar sonidos de más de 20 ciclos u oscilaciones por segundo, y de menos de 20,000 ciclos por segundo). La amplitud se refiere al nivel (eléctrico o acústico), de tal suerte que a mayor amplitud mayor nivel (volumen), y viceversa. La amplitud se indica en dB.

Estos ciclos pueden ser positivos o negativos, tener una longitud y duración determinada, que se denominan longitud de onda y periodo, respectivamente.

Respuesta de impulso
Otra gráfica importante, que aunque no lo parezca nos muestra mucha información y nos es muy útil, es la respuesta de impulso. Nos enseña amplitud y tiempo: lo primero que podemos conocer es la polaridad de una señal de audio, lo segundo, no menos importante, el tiempo.

Así, al tener varias fuentes de sonido sabremos cuál nos llega antes, cuál tiene más nivel, y si alguna tiene cableado erróneo. Ni que decir tiene que las gráficas de respuesta impulsora son mucho más precisas que los detectores de polaridad de mano (aquellos que se componían de un generador de impulsos y un detector de mano).

Esto es muy útil a la hora de configurar retardos en sistemas de sonido, para retrasar la señal en un concierto debido a las largas distancias del recinto. Nos referimos a las torres de delay que encontramos en grandes festivales y que se sitúan detrás del control de PA.

Recordemos que estas torres se ajustan en tiempo con el sistema principal, pero también podemos usar las gráficas de impulso para retardar el sistema principal con la línea de backline.

Respuesta de fase
El concepto de fase es uno de los parámetros que más se tienen en cuenta estos últimos años, y el gran desconocido. Esto es debido a que han salido al mercado softwares de análisis, como Smaart Live o Mac Foh, y al uso cada vez más frecuente de ordenadores portátiles en el mundo del directo.

Una gráfica de fase relaciona el retardo en grados con la frecuencia en todo el espectro de audio. Debemos saber que no todas las frecuencias reproducidas por altavoces, cajas acústicas o sistemas de sonido, salen al mismo tiempo. Esto es debido al propio diseño del altavoz, de los filtros activos y pasivos, así como de crossovers y procesadores.

Las consecuencias de estos retardos se pueden observar a continuación (a), donde vemos que si dos señales salen al mismo tiempo y sin retardo tenemos una relación de fase de 0º, por lo tanto, la señal resultante será una sumatoria; mientras que en el caso (b) existe un pequeño retardo que equivale a 90º, provocando una suma menor que en el caso anterior. Finalmente, en el caso (c), al tener 180º de diferencia, la señal resultante tendrá una atenuación máxima y próxima a la cancelación.

A continuación vemos cómo se representa una gráfica de respuesta de fase en un analizador SIM de Meyer, en estos siempre tendremos una segunda gráfica, que es la magnitud, representando amplitud contra frecuencia. Recordemos que los filtros introducen retardos de fase según el tipo y su número de orden.

Si ahora colocamos un micrófono delante de un altavoz estaremos realizando una medición de respuesta de fase acústica. Mencionar que las mediciones realizadas por los fabricantes se suelen realizar a, aproximadamente, cuatro metros de distancia, para luego interpolar esta medición a un metro; también se suelen realizar en lugares libres de reflexiones, como cámaras anecoicas, que además serán lo suficientemente amplias para posibilitar mediciones en frecuencias bajas, debido a las grandes longitudes de onda de estas.

Supongamos una gráfica en la que observamos una respuesta prácticamente plana en la zona comprendida entre 300Hz y 16KHz, mientras que en la zona de bajas frecuencias observamos retardo, será debido a la presencia de un filtro paso alto.

También podríamos observar una línea de la parte superior de la gráfica, que es lo que conocemos como coherencia; siempre estará presente y nos indica la relación señal ruido empleada. Ésta nos determina el umbral a partir del cual haremos la medición, en función del ruido ambiente.

Lo ideal es que el fabricante entregue una gráfica de respuesta de fase de cada modelo de caja acústica, pues esta información nos será muy útil a la hora de combinar distintas cajas.

Analizadores de espectro en tiempo real (RTA)
Los analizadores de espectro de tiempo real miden el nivel sonoro en frecuencias específicas. El número de frecuencias que pueden ser medidas puede variar desde diez hasta más de 240. La resolución de un analizador depende del número que puede medir.
Existen analizadores de diferente resolución. Ésta va desde una octava (solamente mide el nivel en diez ), hasta más de 1/24 de octava (mide el nivel en 240 frecuencias).
A mayor número de frecuencias la resolución de la medición es mayor, por lo tanto, los analizadores de 1/24 de octava son mucho más fiables que los de 1/3 de octava.

Mientras que en alta resolución (1/24 de octava) pueden descubrirse las cancelaciones acústicas características del Filtro de Peine (Comb Filter), al observar la misma medición en baja resolución (1/3 de octava), no se observan los mismos problemas. Otra limitación de los RTA es que, al analizar un sistema de sonido, la gráfica nos indicará aumento o atenuación de determinadas frecuencias, pero no los motivos de estas.

Función de transferencia
Ésta consiste en comparar la señal de prueba con la señal del objeto bajo medición.
Para poder realizar una Función de Transferencia, el analizador FFT requiere dos canales (dos puntos de medición). En un canal se calcula la FFT de la señal de referencia, y en el otro se calcula la FFT del objeto bajo medición. La diferencia entre la señal de referencia y la de medición permite obtener la respuesta de amplitud contra frecuencia, y tiempo contra frecuencia.

La ventaja de la Función de Transferencia es que se puede utilizar como señal de prueba cualquier señal de audio (música, ruido rosa, barrido de frecuencia de onda senoidal), debido a que las variaciones en la señal de prueba se eliminarán al compararse con el objeto bajo medición.

Además, con este proceso integramos la latencia existente en el sistema de medición empleado, tarjetas de sonido, procesadores…

En un proceso práctico se empleará un micrófono de medida situado en el control, que será nuestra señal de medición, mientras que nuestra señal de referencia será el mismo ruido rosa que enviamos al sistema, que tomaremos en un punto intermedio, como a través de una salida auxiliar de la mesa de mezcla, un bifurcador…

Nivel SPL
Por último, otro factor a tener en cuenta a la hora de realizar mediciones es el nivel de presión Sonora SPL, éste se realiza con la ayuda de un sonómetro.

En dicha medición deberemos tener en cuenta la escala utilizada y el filtro de ponderación, que podrá ser A, B, C o FLAT (Lineal), éste se empleará con niveles de presión Sonora de menor a mayor, respectivamente. La escala A es la empleada a la hora de medir, por parte de las autoridades pertinentes.

Un sonómetro con escala en A no tendrá en cuenta las frecuencias bajas de la misma forma que otro en escala C

Las normativas actuales sobre niveles sonoros máximos obligatorios rondan los 105dBA en locales como salas de fiestas o salas de conciertos; mientras que los bares con música no deberán exceder en ningún caso los 90dBA, evidentemente estos niveles máximos se superan, en la mayoría de los casos, con la sola presencia del público en los locales, por lo que, en mi opinión, un gran debate de fondo debería de hacerse entre legisladores, técnicos y profesionales del sector, para tener unas normas reales y aplicables con un punto de vista más realista.