Procesadores de altavoces

En números anteriores hemos hablado de sistemas de sonorización, line arrays, arreglos de subgraves y nuevas tecnologías dentro del apasionante mundo del sonido directo. Un elemento fundamental para el perfecto funcionamiento de los sistemas de sonido son los procesadores de altavoces loudspeaker management, estos procesadores digitales sustituyen los antiguos crossover analógicos.

Estos añaden funciones que hasta ahora eran prácticamente imposibles de imaginar. Todo esto se puede realizar gracias a la tecnología digital del proceso de las señales de audio, gracias a los DSP, Digital Signal Procesor, cálculos y algoritmos en tiempo real.

Ni que decir tiene que estos equipos están hoy día de moda y desde fabricantes nacionales, pasando por marcas económicas como Behringer, Alto... hasta marcas de gama alta, como BSS, XTA, DBX... cuentan ya con uno o varios modelos de estos procesadores.

Las principales marcas de altavoces cuentan con procesadores para sus propios equipos, donde encontramos, además, bibliotecas de parámetros propios de cada modelo de cajas y sistemas, así ocurre con Electrovoices, Meyer Sound y Nexo, entre otros. Estos equipos están situados entre las mesas de mezclas y las etapas de potencia y son indispensables en sistemas de sonorización tradicionales o line arrays.

En las fotos siguiente vemos un procesador digital BSS Omnidrive Compact plus y un procesador de altavoces analógico LD3 Meyer Sound.

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN PROCESADOR DE ALTAVOCES

Los distintos elementos que forman parte de un procesador son:

- Routing (Ruteo de las entradas y las salidas)
- Ecualizadores paramétricos
- Delays
- Filtros
- Ganancias
- Limitadores

OBJETIVO Y FUNCIONAMIENTO DE LOS PROCESADORES
Cuando tenemos un sistema de sonido con múltiples vías, agudos, medios y graves, necesitamos separar estas frecuencias para que se puedan reproducir correctamente y dentro del rango de trabajo de cada altavoz.

Por ejemplo, si tuviéramos un sistema básico donde están las cajas acústicas de medios-agudos y los subgraves, deberíamos de configurar nuestro procesador en dos vías.

Routing
Las entradas del procesador vendrían de la salida master de la mesa de mezcla, así si nuestro procesador tiene 2 entradas, denominadas L y R, y 4 salidas, denominadas 1, 2, 3 y 4, estas salidas podrían ir repartidas de la siguiente forma:

- Procesador L > Salida Mesa L
- Procesador R > Salida Mesa R
- Procesador 1 > Entrada etapa Subgrave L
- Procesador 2 > Entrada etapa Medios-agudos L
- Procesador 3 > Entrada etapa Subgrave R
- Procesador 4 > Entrada etapa Medios-Agudos R

Ganancias
Los niveles de cada vía deben ser idénticos con el objeto de tener un punto de corte correcto.

El punto de corte es la zona donde las vías tendrán el mismo nivel, y que no siempre coincide con el corte eléctrico, que puede ser erróneo. Esta zona, en el caso del ejemplo mencionado, suele estar entre 60Hz y 160Hz.

Filtros
El límite superior e inferior de los rangos de frecuencias de cada vía viene condicionado por el tipo de filtro que vayamos a utilizar. Los filtros se clasifican por número de ordenes, y está relacionado con los dBs por octava, así:

- Filtro de 6dB / octava es un filtro de primer orden
- Filtro de 12dB / octava es un filtro de segundo orden
- Filtro de 18dB / octava es un filtro de tercer orden
- Filtro de 24dB / octava es un filtro de cuarto orden

En la mayoría de los procesadores encontramos los filtros Linkwitz-riley, Butterworth y Bessel de ordenes diferentes, aunque lo que no varía nunca es la relación orden/ pendiente por octava. Todos los filtros introducen retardos, esto es debido a sus propias características y depende del número de orden del filtro.

Delays
Los siguientes controles que encontramos son los de tiempo: delay. Estos controles permiten añadir retardo en las entradas o en las salidas. Vienen expresados en milisegundos, aunque ofrecen la posibilidad de cambiar la escala a metros. Con la variación de tiempo en los procesadores podemos corregir la diferencia en el espacio entre motores de agudos y altavoces de graves. En la práctica deberemos recordar que 3ms es 1m, esto nos ayudará mucho a la hora de manejar nuestro procesador y también a la hora de entender algunos fenómenos acústicos que ocurren en sonido en vivo.

Esos 3ms vienen de redondear 2,94ms, o sea:

T = 1/340 siendo 1 = 1metro y 340= 340ms

340m/s es la velocidad del sonido a 15º C

En la mayoría de los casos existen problemas de tiempo en las cajas acústicas del mercado, esto es debido a los diseños incorrectos de éstas. El problema de tiempo va desde el retardo mal calculado en el diseño de los filtros de una caja acústica, hasta la diferencia y no alineamiento de los altavoces.

La principal consecuencia de esto es una alteración en la fase de la caja acústica, con lo que algunas frecuencias se reproducirán con un determinado retardo con respecto a otras. Aunque esto pueda parecer increíble, ocurre prácticamente con la totalidad de cajas del mercado. La gravedad de este fenómeno se debe tener en cuenta cuando los valores mínimos se sobrepasan; una alteración de la fase de un altavoz de un máximo de 90º en algunas frecuencias es tolerable, pero un número mayor tendría consecuencias más graves.

Algunas marcas tienen muy en cuenta la fase de todos los modelos de cajas que fabrican para poder complementarlas entre sí guardando unos valores coherentes y una fase complementaria. Y ya que hablamos de retardos, no podemos ignorar la latencia existente en los procesadores; esto es debido al uso de convertidores de entrada analógico-digital y convertidores de salida digital-analógicos. Por cierto, en los más modernos de los procesadores la resolución alcanza 24 bits y la frecuencia de muestreo 96KHz.

En algunos modelos de BSS, tras realizar las mediciones oportunas obtenemos latencias comprendidas entre menos de 1 ms hasta más de 2 ms; lo mismo ocurre con otros modelos, como XTA, y en general con cualquier equipo de audio digital. ¿Es esto grave? Pues si tenemos en cuenta esta latencia a la hora de hacer nuestra medición acústica para ajustar el procesador, no pasa nada, pero si no lo hacemos nuestros ajustes se harán mal. Imaginemos que no tenemos en cuenta esta latencia y es de 2ms, ¡estaríamos ajustando el equipo con un error de 66cm!

También existen muchos procesadores de altavoces con opción digital en formato AES -EBU que nos permiten salir de una mesa digital y entrar directamente en el procesador sin latencia en su entrada, aunque con una latencia mínima en la salida del procesador.

Ecualizadores paramétricos
Para poder retocar la ecualización y ajustes de frecuencia en la señal tanto en entrada como en salida, dependiendo del modelo, tenemos varios ecualizadores paramétricos, es decir donde podemos variar la frecuencia, ganancia y relación frecuencia central / ancho de banda, el factor"Q" o selectividad.

Evidentemente, tocaremos de forma mínima estos ecualizadores paramétricos si no queremos alterar más aún la fase.

Polaridad y fase
Existe en los procesadores la opción de cambiar la polaridad en las entradas y salidas, esto supone la posibilidad de tener 180º ó 0º.

Hay mucha confusión entre polaridad y fase en el mundo del audio; la polaridad es el valor positivo o negativo de la señal, mientras que la fase es la diferencia de tiempo entre frecuencia. Así, un cambio de polaridad es 0º ó 180º, mientras que un cambio de fase va desde 0º a 360º, hasta tantos ciclos existan. Algunos procesadores, además, tienen un ajuste fino de fase que nos permite variar la fase de 0º a 360º; esto es bastante útil a la hora de terminar de ajustar el sistema para que las pendientes de los filtros coincidan.

Así, si al aplicar delay o filtros entre vías seguimos teniendo una pequeña diferencia de fase, ésta se puede dejar a 0º, con lo que las vías en el punto de corte se suman. Para cada valor de fase entre señales de audio existe una resultante:

- Diferencia de 0º resulta una suma de 6dB
- Diferencia de 38º resulta una suma de 5,5dB
- Diferencia de 90º resulta una suma de 3dB
- Diferencia de 120º resulta una suma de 0dB
- Diferencia de 150º resulta una resta de 6dB
- Diferencia de 180º resulta una cancelación máxima
- Diferencia de 210º resulta una resta de 6dB
- Diferencia de 240º resulta una suma de 0dB
- Diferencia de 270º resulta una suma de 3dB
- Diferencia de 322º resulta una suma de 5,5dB
- Diferencia de 360º resulta una suma de 6dB

Y esta relación permanece idéntica por cada ciclo de diferencia entre señales. La respuesta de fase y magnitud se vería en un analizador. En donde la gráfica superior representa la magnitud, es decir, la respuesta en frecuencia resultante, mientras que la gráfica inferior representa la fase; el valor de ésta en la escala vertical se inicia a -180º , el punto central está en 0º y la parte alta de la gráfica alcanza 180º.

Esta forma de graficar de -180º a +180º es muy útil a la hora de representar la fase, ya que el punto central es la línea de 0º. Es fundamental disponer de analizadores de magnitud y fase para ver qué estamos haciendo en tiempo real al mover delays, filtros, etc.

Esto sería imposible de apreciar con tanta resolución por el oído humano, aunque seamos capaces de notar diferencias de altura del sonido de 12 semitonos, lo que equivale a dividir una octava en 12 señales diferentes. Es más fácil apreciar diferencias de sonido al mover los ecualizadores paramétricos levemente que si lo hiciésemos de la misma forma en tiempo o fase.

Los analizadores de fase existen en software como Smaart Live o Sprectralab, para PC o MAC, y FOH, Spectrafoo, etc., para Macintosh y son indispensables a la hora de ajustar equipos de sonido. Existen otras posibilidades con equipos de hardware específicos, como SIM3 de Meyer Sound, donde la resolución es muy alta.

Limitadores-compresores
Estos permiten proteger cada uno de los elementos del sistema de difusión a través de las salidas conectadas de manera independiente.

Fijamos el nivel que no queremos sobrepasar mediante un umbral (Threshold), los tiempos de ataque y decaimiento en milisegundos y, finalmente, la relación de atenuación salida / entrada (Ratio), que será muy alto si queremos limitar.

Funciones extra y curiosidades de algunos procesadores
El micrófono de medición es un elemento importante a la hora de tomar las medidas, y algunos modelos de procesadores poseen entrada específica para su conexión, así como generadores de ruido rosa e incluso RTA (Analizador de Frecuencia en Tiempo Real).

También pueden contar con Auto-Eq; es una función por la cual se genera ruido rosa en las salidas y, según la señal devuelta al micrófono, los ecualizadores paramétricos corrigen esta señal para dejarla plana.

Antifeedback es otra función extra que podemos encontrar en algunos procesadores. Consiste en pequeños filtros muy estrechos llamados "Notch" que pueden llegar a tener un ancho de 1/100 octava, capaces de diferenciar frecuencia en intervalos de 1Hz, estos permiten eliminar los acoples. Subimos el volumen hasta llegar a realimentación, el filtro la elimina y, al seguir subiendo el nivel, siguen apareciendo filtros estrechos que eliminan estos acoples en el orden en que aparecen.

Algunos incluyen ranura PC-Card para introducir tarjetas PCMCIA y que nos permite guardar los datos almacenados en dichas tarjetas. Otra función que nos ofrecen los procesadores de gama alta es la posibilidad de variar la temperatura y humedad existente, esto se hace directamente sobre el equipo, o empleando una sonda especial conectada a éste.

Existe un procesador analógico específico para line array, que mencionamos anteriormente, denominado LD3, en el cual es posible seleccionar el número de cajas empleadas, modelo, temperatura, humedad, altura, ganancia y distancias de cada envío, filtros, etc.

Conexionado
Los conectores de entradas van de 2 a 4 XLR mientras que las salidas van de 2 a 8 XLR, encontramos también entradas y salidas MIDI, además de RS232 que permiten el control de estos equipos a través de un ordenador.
También es posible esta última conexión por ethernet, e incluso por WI-FI.

El control mediante software depende de cada fabricante, así BSS usa SOUNDWEB, XTA usa AUDIOCORE, DBX usa DRIVEWARE y Meyer Sound usa COMPASS. Otra posibilidad muy interesante es la de controlar los parámetros de nuestro procesador directamente en el programa de ajuste SMAART LIVE y ver en este último los resultados de los ajustes; aparte de la enorme comodidad que permite el hecho de pilotar los procesadores sin acceder a los mismos por su display y botonera, y así estar sin molestar al técnico de mezcla.

Utilización práctica de unos procesadores para un sistema de line array
Imaginemos que tenemos un sistema de sonido como el empleado en la figura 2, que se distribuye de la siguiente forma:

· Line array izquierdo superior
· Line array izquierdo inferior
· Line array derecho superior
· Line array derecho inferior
· Cluster central superior
· Cluster central intermedio
· Cluster central inferior
· Front-fill
· Subgraves izquierdos
· Subgraves derecho
· Caja de monitoreo izquierda para control de PA
· Caja de monitoreo derecha para control de PA

La salida de la mesa de P.A. se conecta a las entradas de los procesadores, mientras que las salidas se reparten en un total de 12 envíos en este caso, así tendremos el control total de todos los parámetros descritos hasta ahora por cada envío.

ÚLTIMAS TECNOLOGÍAS
Lo último que están realizando marcas como XTA o DBX es aumentar su número de entradas y salidas a 4 y 8 respectivamente, por ejemplo XTA 428 o DBX4800, además de ofrecer cada vez más posibilidades de control remoto sin cables, vía pc, tablet, pda, etc.

Uno de los procesadores últimos en llegar (cuando se elaboró este artículo) fué el GALILEO de MEYER SOUND que permite entrar y salir a través de sus 6 entradas y 16 salidas analógicas o digitales AES-EBU; con lo que, por ejemplo, con sólo este procesador podríamos haber realizado el ajuste del equipo anterior de 12 envíos.

Incluye ajuste de temperatura, humedad, altura, etc. en cada salida, además de poder controlar ajustes específicos de line array, como la longitud de la línea. Con su puerto ethernet podemos conectarlo a un ordenador portátil e incluso a una red, mediante la configuración de su IP, con cable o mediante WIFI.