Entendiendo la impedancia de una vez por todas

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La impedancia está presente en el día a día de cualquier técnico de sonido. Los micrófonos tienen una impedancia de salida, las mesas de mezclas impedancias de entrada y de salida, las cajas de inyección adaptan impedancias, los amplificadores dan más o menos potencia en función de la impedancia de carga…

Y sin embargo creo que es uno de esos conceptos técnicos que más cuesta comprender por completo, así que voy a tratar de hacerlo comprensible, sobre todo teniendo en cuenta que yo no soy ningún experto en el área de la electroacústica.

Definiendo la impedancia

Para comprender el concepto de impedancia, creo que merece la pena empezar por su definición. Si consultamos el diccionario de la RAE, dice que la impedancia es una «relación entre la tensión alterna aplicada a un circuito y la intensidad de la corriente producida, y que se mide en ohmios.»

Pero para poder entender esto de una manera más clara creo que hace falta explicar otros conceptos. Así que vamos a comenzar hablando del concepto de resistencia eléctrica.

La resistencia eléctrica según Wikipedia es la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. Se mide en Ohmios y se representa con la letra griega Ω.

Imagina que tenemos un circuito eléctrico sencillo: Una pila y una resistencia conectada entre los polos positivo y negativo de la pila. La pila lo que hace es producir una tensión que intenta circular por el circuito. La resistencia va a generar una oposición al paso de la corriente, y cuanto mayor valor tenga la resistencia, menos corriente pasará. Al oponerse al paso de corriente, lo que sucede es que se produce una diferencia de tensión en el circuito. Y esto es lo que conocemos como Ley de Ohm.

Ejemplo de circuito sencillo

Si nos fijamos en la imagen de arriba, la pila sería la V (su tensión se mide en Voltios). La letra I (intensidad) representa la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo (medida en Amperios). La R es la resistencia, que medimos en Ohmios. Y la Ley de Ohm relaciona estas magnitudes: V=IxR. O lo que sería lo mismo, I=V/R.

Si la pila tiene 9v y la resistencia 80 Ohm, la intensidad de corriente que tendremos en el circuito será de 0,112A o, lo que es lo mismo, 112 mA.

En este ejemplo, estamos trabajando con corriente continua (DC), lo que quiere decir que el voltaje de la pila es constante y no cambia de sentido con el tiempo.

El problema es que cuando trabajamos con señales de audio, la tensión de la señal fluctúa constantemente y va a tener ciclos positivos y negativos. Por lo tanto, ya no estaremos hablando de corriente continua, sino de de circuitos de corriente alterna (AC).

Recuerda que la definición de la RAE de impedancia hablaba de tensión alterna. Así que a partir de aquí la cosa se empieza a complicar un poco.

Circuitos de corriente alterna

En los circuitos de corriente alterna (que se caracterizan por tener un flujo bidireccional, lo que significa que los electrones cambian de dirección en intervalos regulares) tenemos que tener en cuenta algunas cosas más que afectan a la corriente que va a circular por un circuito, aparte de la resistencia. Tenemos también la capacitancia y la inductancia.

La capacitancia permite a un componente almacenar energía en forma de carga eléctrica. Por ejemplo, los condensadores son dispositivos capaces de almacenar energía.

Por otro lado, la inductancia sería la capacidad de algunos componentes de un circuito, como los inductores o las bobinas, para resistir un cambio de corriente.

Cuando la corriente eléctrica cambia de dirección en un circuito, la inductancia crea una fuerza que se opone a ese cambio. Esta fuerza genera un campo magnético alrededor del objeto inductivo y  este campo magnético tiene una tendencia a resistir cualquier cambio en la corriente que fluye por la bobina. Es como si la bobina «se resistiera» a que la corriente cambie rápidamente.

Cuanto mayor sea la inductancia de un objeto, mayor será su oposición a los cambios en la corriente eléctrica. O lo que sería lo mismo, aplicarán más o menos resistencia en función de la velocidad a la que la tensión de nuestra señal de audio hace que la corriente del circuito cambie de dirección.

Cualquier circuito de audio, del equipo que queráis, va a tener condensadores, resistencias, inductores conectados de diferentes formas (y otras cosas más, claro, como transformadores, válvulas..). Como hay muchos elementos de los circuitos que ofrecen resistencia al paso de la corriente, pero lo hacen de formas diferentes, podríamos explicar la impedancia como la resistencia total en un circuito de este tipo. Por tanto, la impedancia incluiría los elementos resistivos, capacitores e inductores.

Habitualmente la impedancia se representa con el símbolo Z (es posible que hayáis visto entradas en interfaces de audio marcadas como Hi-Z, para referirse a señales de instrumento de alta impedancia). Y el valor real de la impedancia va a depender de las tensiones de señal que estén atravesando el circuito.

En los equipos de audio, habitualmente, las impedancias son principalmente del tipo resistivo, lo que quiere decir que no cambiará demasiado en el rango de frecuencias de la señal de audio (supongamos de 20hz a 20kHz).

Adaptación de impedancias

Cuando estudié la Formación Profesional de Sonido, una de las cosas que recuerdo que nos contaban sobre la impedancia es que para conseguir la máxima transferencia de potencia entre equipos, las impedancias debían de estar igualadas, que es lo que se conoce como adaptación de impedancias.

Eso lo vemos claro con los amplificadores o etapas de potencia. Los fabricantes nos indican, por ejemplo, que el amplificador tiene una impedancia de salida de 8 Ohm y deberemos conectar un altavoz de 8 Ohm para conseguir esa máxima transferencia de potencia, que nos interesa para poder mover eficientemente el altavoz.

En el caso de que las impedancias no coincidan se puede generar un problema, que es que parte de la energía que se transfiere de la fuente al destino se refleja desde el destino (o dondequiera que haya un desajuste de impedancia en el circuito de conexión) hacia la fuente, lo cual no es recomendable. Teóricamente, estas reflexiones podrían en algunos casos manifestarse en forma de eco o provocar la reducción de las señales en determinadas frecuencias por cancelación (filtro de peine). Y fueron las primeras compañías de telecomunicaciones, cuando estaban desarrollando la implantación del teléfono, las que se dieron cuenta de la importancia de la adaptación de impedancias en algunos casos.

Pensemos en el audio que viaja por un cable de teléfono analógico: La señal viaja a la velocidad de la luz durante muchos kilómetros. La longitud de onda de esas señales podría ir desde 15.000km para 20Hz (aunque es verdad que en la práctica no se enviaban señales de tan baja frecuencia) hasta 15km los 20Khz. O si nos ponemos en frecuencias más razonables para la transmisión de voz, 100Hz tendrían una longitud de onda de 3.000Km y 4kHz corresponderían con 75km. Los cables telefónicos que se utilizaban tenían, por tanto, tamaños bastante equiparables a las longitudes de onda de las señales que transmitían. Así que aquí sí que era especialmente importante que las impedancias estuvieran debidamente adaptadas, porque si no se producían reflexiones que ocasionaban ecos y poca señal recibida al otro lado del teléfono.

Para evitar este problema, las compañías telefónicas se dedicaron a investigar este asunto y normalizaron una impedancia de conexión que ofrecía una buena transferencia para las señales de audio, produciendo una cantidad de reflexiones mínima. Esa impedancia era 600 Ohm, ¿te suena? Pues sí, exactamente la misma que tiene el clásico Shure SM58.

A partir de aquí, la industria relacionada con el sonido adoptó también el estándar de los 600 Ohm. Si nos fijamos en los vúmetros, por ejemplo, marcan 0 VU cuando se conecta a una salida con una resistencia interna de 600 ohms, para una señal sinusoidal de 1000 Hz y una amplitud de +4 dBu. Otra vez los 600 Ohms.

De cualquier forma, la idea de adaptar impedancias no parecía demasiado importante ni práctica en el uso diario, porque  habitualmente no vamos a trabajar con tiradas kilométricas de cable. Además, otra cosa que sucede con mucha frecuencia es que muchas veces, en el audio profesional, queremos conectar una señal a varios dispositivos, y eso es problemático en los sistemas con impedancias adaptadas.

Por ejemplo, si tenemos una mesa de mezclas que emite una señal de +4dBu desde una salida con una impedancia de 600 Ohm, y la conectamos a la entrada de un interfaz de audio con una impedancia de entrada de 600 Ohm, el interface debería marcar en su medidor +4dBu. Adaptación de impedancias, máxima transferencia.

Pero claro, si conectamos ahora dos interfaces de audio a la salida de la mesa de mezclas (con un cable en Y, por ejemplo), la impedancia de entrada de las interfaces de audio bajará a 300 Ohm (conexión de impedancias en paralelo, igual que sucede en los altavoces). Como los equipos que reciben la señal tienen ahora la mitad de impedancia que la salida de la mesa, una parte mayor de la tensión de señal de salida se queda en la impedancia de salida en lugar de irse hacia la impedancia de entrada de las interfaces. Y esto ocasionaría que el nivel de entrada de los interfaces caiga, y la cosa sería peor si añadiésemos más interfaces. Esto, evidentemente, nos haría tener muchas limitaciones a la hora de hacer conexiones.

Adaptación de tensión

La solución al problema es, evidentemente, prescindir por completo de la idea de adaptar impedancias y usar en su lugar lo que se denomina adaptación de tensión.

La idea es diseñar el equipo para que tenga la impedancia de salida más baja posible y una impedancia de entrada relativamente alta: la diferencia entre ambas debe ser al menos un factor de diez, y a menudo es mucho mayor.

Los equipos modernos suelen emplear impedancias de salida de unos 600Ω o inferiores, con impedancias de entrada de al menos 10kΩ o superiores. Con la pequeña impedancia de salida y la relativamente alta impedancia de entrada, (la impedancia del cable puede despreciarse por completo en comparación) conseguimos una muy buena transferencia de voltaje.

Este tipo de entradas de impedancia relativamente alta tienen la ventaja de que se pueden conectar varios dispositivos en paralelo sin que la impedancia disminuya de forma significativa: la tensión desarrollada a través de cada entrada sigue siendo alta y la fuente no necesita suministrar una corriente elevada.

Cuando miramos los manuales de los equipos, podemos comprobar que claramente no hay adaptación de impedancias entre un micrófono y la entrada de una mesa de mezclas. Por ejemplo, si miramos las especificaciones de un micrófono Shure SM58, el fabricante nos indica que tiene una impedancia de salida de 600 Ohm. Eso es el valor de la impedancia del circuito del micrófono medido desde su salida.

Si miramos una mesa de mezclas, por ejemplo, una Midas Pro 1, sus entradas XLR tienen una impedancia de 10k Ohm, que es un valor muchísimo más grande que los 600 Ohm del micrófono.

Si conectamos el Shure SM58 a la entrada de la Midas Pro 1, el voltaje que sale del micrófono se transporta a la entrada de la mesa. Y esas impedancias de salida y de entrada van a afectar a la corriente que circula por el circuito.

Por tanto, debe quedarnos claro que en el mundo del audio no siempre hay adaptación de impedancias, pues los micrófonos habitualmente tienen una impedancia bastante menor que las entradas de micrófono de las mesas de mezclas.  Por tanto, lo que sucede es que no siempre se necesita obtener la máxima transferencia de potencia. A veces, lo que se busca, como en este caso del micrófono conectado a la mesa, es la máxima transferencia de voltaje.

En los sistemas de transmisión de señales de audio o video, es preferible una mayor transferencia de voltaje en lugar de una mayor transferencia de potencia debido a las características de las señales de baja potencia utilizadas en estas aplicaciones.

Las señales que genera un micrófono son señales de baja potencia que contienen información delicada y detallada que se va a transmitir por un cable, en ocasiones de muchos metros.

Cuando se trata de transmitir señales de baja potencia, es fundamental minimizar las pérdidas y mantener la fidelidad de la señal. Las pérdidas de potencia en los sistemas de transmisión pueden provocar una disminución en la amplitud de la señal y, en consecuencia, una degradación en la calidad del audio. Por lo tanto, en este contexto, se busca una mayor transferencia de voltaje para minimizar las pérdidas de señal.

Al maximizar la transferencia de voltaje, se garantiza que la señal transmitida mantenga su nivel y amplitud óptimos en el destino. Esto es particularmente importante cuando se trata de señales analógicas, donde pequeñas variaciones en el voltaje pueden afectar significativamente la calidad del audio.

Además, en la cadena de audio generalmente utilizamos amplificadores o etapas de potencia cuando necesitamos aumentar la potencia de la señal. Estos amplificadores están diseñados para trabajar con señales de baja potencia (señal de línea) y, por lo tanto, lo que interesa es mantener la integridad y fidelidad de la señal hasta llegar al amplificador mediante una alta transferencia de voltaje. Ya se encargará el amplificador de realizar una máxima transferencia de potencia.

Podríamos calcular las pérdidas que tenemos en una línea de audio utilizando la siguiente fórmula:

Pérdida de línea (db)=20log10impedancia salida + imp cable + imp entradaimp entrada

En el ejemplo planteado anteriormente, el micrófono tiene 600 Ohm y la mesa 10.000 Ohm. Las impedancias del micrófono y de la mesa no coinciden, pero ya sabemos que eso es porque lo que queremos conseguir es la máxima transferencia de voltaje. Si consideramos que el cable de 10 metros para la conexión (que podría tener una impedancia de unos 0,5 Ohm), podemos calcular la pérdida utilizando la fórmula:

Pérdida de línea (db)= 20log1010000+0,5+60010000=0,5dB

0,5dB es una pérdida bastante pequeña. Si tuviésemos 100 metros de cable en lugar de 10m (la impedancia estimada de 100m de cable sería unos 5 Ohm) la pérdida sería prácticamente la misma (0,51 dB). Y si el micrófono tuviese una salida de 300 Ohm en lugar de 600, la pérdida sería de prácticamente la mitad, 0,26dB.

Y volvamos al ejemplo de hace unos párrafos, en el que una salida de mesa de mezclas alimenta la entrada de dos interfaces de audio. Si cada interface tiene una impedancia de entrada de 10kΩ, al conectar dos en paralelo tendríamos 5kΩ, que sigue siendo significativamente mayor que la impedancia de salida de 50Ω de la mesa de mezclas. Por lo tanto, la tensión de entrada prácticamente no se verá afectada: perderíamos unos 0,08dB.

Así que cuando descubrí esto, todo cobraba sentido para mi: Con la adaptación de impedancias conseguimos la máxima transferencia de potencia entre equipos. Con señales de micro o de línea, habitualmente utilizamos adaptación de tensión: la impedancia de salida de un equipo tiene que ser mucho más pequeña que la impedancia de entrada del equipo al que lo conectemos para conseguir una transmisión óptima sin que suponga un problema el añadir otros equipos de forma simultánea a la conexión.

Debido a que las entradas con una impedancia relativamente alta facilitan mucho el trabajo de interconexión de equipos, la adaptación de voltaje se emplea ahora casi universalmente en los equipos de audio de nivel de línea, independientemente de los niveles de señal de referencia reales utilizados.

¿Y por qué las guitarras y los bajos son señales de alta impedancia?

Las pastillas que se suelen utilizar en guitarras y bajos eléctricos son principalmente inductivas en lugar de capacitivas (debido a las bobinas que se utilizan debajo de las cuerdas), y también son muy resistivas simplemente por la gran cantidad de cable que llevan (normalmente hasta 10 kΩ), aunque dentro de los distintos estilos y marcas de pastillas esto puede variar enormemente.

Dado que la pastilla presenta una impedancia de salida relativamente alta, es normal conectar estas señales a entradas de impedancia muy alta para conseguir esa máxima transferencia de voltaje y minimizar las pérdidas. Un valor mínimo suele ser de 470 kΩ, pero muchos superan 1MΩ.

Si la entrada a la que conectamos una guitarra o un bajo tiene una impedancia demasiado baja, el efecto más notable será una pérdida de agudos; de hecho, incluso el uso de cables muy largos entre la guitarra y la entrada (que provocan una capacitancia demasiado alta) puede reducir audiblemente las frecuencias agudas. El sustain también se ve afectado, dando lugar a un sonido «muerto».

Las cajas de inyección, una vez más, lo que buscan es la adaptación de tensión. Tienen una entrada de muy alta impedancia y una salida generalmente de unos 600Ohm. Esto nos permite conectar estos instrumentos de alta impedancia (bajos, guitarras…), conseguir una máxima transferencia de voltaje y poder conectar la salida de la caja de inyección a una entrada de micrófono de una mesa de mezclas.

Conclusiones

Si has llegado hasta aquí, espero que el artículo te haya sido útil. Ahora quizás tengas más claro qué es y como funciona la impedancia. Sobre todo, recuerda que en ocasiones nos interesará la máxima transferencia de potencia (de amplificador a altavoz) y eso lo conseguiremos adaptando impedancias. Y en otras, nos interesará la máxima transferencia de voltaje (de micrófono a mesa de mezclas, por ejemplo) y para ello la impedancia de entrada de la mesa deberá ser mucho más alta que la impedancia de salida del micrófono. Como siempre, si el artículo te ha gustado, agradecería que lo compartieses en redes o que escribieses un comentario.

Bibliografía consultada para la redacción de este artículo

La imagen que encabeza el artículo ha sido obtenida de Pixabay, autor MaFree

Rompiendo una lanza a favor de las configuraciones de subgraves en LR

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Hasta hace relativamente poco tiempo, no existían los analizadores multicanal, ni nos preocupaba excesivamente la relación de fase. La industria ha evolucionado muchísimo en muy poco tiempo, y hoy en día hasta existe una asignatura de «Ajuste de Sistemas de Sonido» en el plan oficial del Ciclo Formativo de Grado Superior en Sonido para Audiovisuales y Espectáculos.

Actualmente casi cualquier técnico de sonido en directo sabe generar una función de transferencia con Smaart, Sat Live, Pure Analyzer o cualquier otro software. Todos hablamos de arreglos cardioides, arcos virtuales, líneas y delays, pero lo más importante de esto es, a mi parecer, aprender cuándo aplicar tanto conocimiento y fundamentalmente, cuándo no hacerlo.

De un tiempo a esta parte, tengo la sensación de que se ha extendido la creencia de que las configuraciones de subgraves en LR son configuraciones erróneas que se deberían evitar a toda costa. El amplio conocimiento de los pasillos o cancelaciones que genera esta configuración ha hecho, a mi parecer, que algunos técnicos huyan de esta opción como de la peste. Incluso vídeos como este, del excelente canal de Jose Martí Faus, se pueden interpretar como que no es una configuración ideal… pero ¿realmente es una opción siempre tan mala?

Bueno, pues aquí llego yo a romper una lanza a favor de la configuración en LR. Yo la utilizo mucho. Y es, en bastantes ocasiones (no siempre), mi configuración elegida.
Así que en este artículo voy a tratar de argumentar mis criterios para poner en valor este tipo de configuración, con sus ventajas y sus desventajas. No voy a negar que la configuración de subgraves en LR presenta problemas, pero como todo, también tiene grandes ventajas.

¡Vamos a ello!

Subgraves en LR

Teóricamente, una configuración de subgraves en LR nos va a generar sumas en el centro y diversas cancelaciones en diferentes frecuencias y posiciones dependiendo de la separación de los subgraves. Normal, al haber dos señales coherentes llegando a distinto tiempo a la zona de audiencia es inevitable.

Esto, lo podemos ver muy claramente con cualquier software de predicción acústica. En el siguiente video muestro dos subgraves en LR, con una separación entre ellos de 8 metros, y una posición de escucha de un espectador que no está en el eje, sino un poco desplazado. Vamos a ver un mapa de presión sonora que va cambiando en función de la frecuencia:

Si medimos en ese punto donde aparece el muñeco situado en el vídeo tendríamos estas respuestas en frecuencia:

Respuesta en frecuencia sin paredes

Respuesta en frecuencia sin paredes

Respuesta en frecuencia con paredes

Respuesta en frecuencia con paredes

En el caso de la predicción sin paredes, tenemos una pérdida significativa (unos 10dB) desde 85Hz hasta 125hz (1/2 octava más o menos).

En el caso de la predicción con paredes, la respuesta es mucho más caótica pese a tratarse de la misma configuración: Sumas y cancelaciones bastante evidentes distribuídas a lo largo de todo el espectro, siendo más significativas en la zona entre 93 y 110Hz.

Desde luego, no estamos consiguiendo una respuesta ideal en ese punto, pero… ¿realmente es tan mala? Además, creo que debemos tener en cuenta algunas cosas importantes:

  1. Los software de predicción son aproximativos. Nos orientan de por dónde pueden ir los tiros, pero en la vida real todo es muy distinto. Los software no tienen en cuenta cosas como la arquitectura de la sala, el público ni mucho menos la sensación acústica de cada persona del público.
  2. Asumámoslo, trabajamos para personas normales, no para técnicos de sonido. Donde nosotros oímos una cancelación en 80Hz, una persona normal está mirando al escenario y disfrutando del momento.
  3. No siempre disponemos de la cantidad de subs que nos gustaría.

De cualquier forma, reconozco que la configuración en LR en muchas ocasiones será mejorable. Pero planteémoslo ahora de otra manera, ¿cuánto nos va a costar mejorarla?



Principio de Pareto

Aunque ya he hablado de Pareto en alguna otra ocasión en este blog, no me importa volver a traerlo de vuelta porque le veo muchísima aplicación en el mundo del directo. Citando la Wikipedia: «El principio de Pareto, también conocido como la regla del 80-20 y ley de los pocos vitales, describe el fenómeno estadístico por el que en cualquier población que contribuye a un efecto común, es una proporción pequeña la que contribuye a la mayor parte del efecto.» El ejemplo típico de esto es la afirmación de que el 80% de la riqueza está en manos del 20% de la población. Pero se ha demostrado que este principio se cumple en numerosos otros casos, y para mí en el tema de los subgraves también funciona.

Mi planteamiento es el siguiente: Con el 20% del tiempo invertido en montar los subgraves, con una configuración en LR llego rápidamente a un resultado que me da el 80%  del resultado respecto a la mejor situación posible. Y en ocasiones eso nos puede interesar, y mucho. Especialmente, cuando no vamos muy sobrados de tiempo en el montaje.

Montar y ajustar unos subgraves en LR es, en mi opinión, la configuración más rápida que podemos hacer. Sabemos que no es perfecta (pocas cosas hay perfectas), pero es muy rápida. Y el resultado no es, generalmente, tan malo. Podríamos mejorarlo si tenemos equipo suficiente (no siempre se da) y tiempo suficiente (que tampoco siempre lo tenemos). Pero por favor, erradiquemos esa fobia al LR que a veces se palpa en el ambiente.

Un ejemplo

Me llamó por teléfono un antiguo alumno, para pedirme opinión. Tenía un concierto en un espacio muy grande y tenía que montar 12 cajones de subgraves y un sistema de line array volado relativamente grande. Nunca había montado tanto equipo y  me contaba que había pensado hacer un arco virtual con los subgraves, para distribuir de forma más homogénea la presión del grave. Sin embargo, NUNCA  había hecho un ajuste de este tipo. Además, para hacer el ajuste sólo tendría, en la mejor de las situaciones de 1 hora de tiempo.

Evidentemente, este es un caso en el que, para mi, no tiene sentido complicarnos buscando el ajuste perfecto. Con tan poco tiempo disponible (y teniendo en cuenta que nunca había hecho ese tipo de arreglo), tras analizar un poco la información que me proporcionó, mi propuesta fue hacer una configuración en L y R con 6 subgraves por lado. Sabemos que va a haber pasillos, pero la cobertura será más o menos amplia y el ajuste del sistema nos debería llevar muy poco tiempo.

Es verdad que se podía haber calculado previamente la configuración del arco virtual, pero una cosa es la teoría y otra el llevarlo a la práctica en un espacio real.

Conclusión

Llegados a este punto del artículo, creo que he argumentado mi opinión sobre la utilidad de este tipo de configuración de subgraves en ciertas situaciones. Buscando documentación sobre este tema, recordé un excelente artículo en el blog de Fedele de Marco en el que hace una argumentación mucho más precisa y detallada a favor del LR que la que yo planteo aquí. La verdad que recomiendo su lectura. Pero me quedo especialmente con sus últimas palabras en defensa de la configuración LR, que me tomo la libertad de transcribir aquí: «La configuración ideal no existe. Existe el mejor compromiso para una instalación específica. Si una habitación es larga y estrecha como para necesitar unos subgraves que garanticen suficiente Q, entonces una línea de subgraves es la elección obvia. Pero en todas las demás situaciones, no desprecies un «regreso a nuestro pasado», que tarde o temprano será nuestro «regreso al futuro».»

Me encantará leer vuestras opiniones al respecto de este tema, así que si has llegado hasta aquí, te animo a dejar un comentario 🙂

 

 

Cómo hacer una sonorización en espacios muy reverberantes y conseguir inteligibilidad

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Hace unos días recibí una llamada de socorro de unos amigos y clientes que tenían una actuación en una iglesia esa misma tarde. Normalmente actúan en teatros o auditorios, por lo que una iglesia era un espacio inusual para ellos.

Pensaban hacer la sonorización con un par de cajas autoamplificadas de 12″ que tenían para cubrir el interior de una iglesia de unos 20 metros de largo y techos muy muy altos. Me llamaron a última hora para ver si les podía echar una mano con la sonorización. Y aunque con lo que me contaron por teléfono ya me imaginaba que no iba a poder hacer mucho, decidí acercarme a echar un vistazo.

En cuanto vi el material a utilizar y el espacio, supe que aquello iba a estar muy por debajo de los límites de la inteligibilidad. Y el resultado en cuanto a sonorización fue el esperado: baja inteligibilidad en el 80% del área del público, porque evidentemente el material no cumplía con las necesidades para un espacio tan exigente.

Parte del problema estaba aquí: lo que para mí era un espacio acústicamente complicado, ellos lo habían considerado un espacio sencillo, que iba a sonar muy bien, en el que prácticamente no hacía falta casi equipo de sonido ni personal técnico especializado.

Sin embargo, lo que sucedió es algo muy frecuente para personas no especializadas en acústica, que suelen afirmar cosas parecidas a esta: «En una iglesia no hace falta casi refuerzo de sonido, este espacio suena solo». Y parte de razón tienen, claro.

En este tipo de espacios tenemos mucha reverberación, y cualquier ruido que generemos en estos recintos se verá notablemente amplificado gracias a las reflexiones. Sin embargo, esa amplificación y reverberación no indica que la palabra se vaya a entender: la inteligibilidad depende de otros factores.

Para entender cómo se comporta el sonido en este tipo de espacios, y cómo realizar sonorizaciones con ciertas probabilidades de éxito, debemos empezar por algunos conceptos fundamentales.

Campo directo, campo reverberante y distancia crítica.

En cualquier recinto, podemos diferenciar dos propagaciones distintas del sonido. Podemos hablar de sonido directo cuando el sonido llega directamente de la fuente sonora a los oídos del oyente. Y sonido reflejado cuando el sonido, antes de llegar al oyente, se ve reflejado en diferentes superficies del recinto.

En cualquier sala, al generar un sonido, escucharemos sonido directo y sonido reflejado, pero dependiendo de los materiales y las dimensiones de la sala, podremos tener más o menos sonido reflejado. Así que dependiendo de la sala, podremos diferenciar dos campos sonoros.

Sonido directo y sonido reflejado

Hablamos de campo directo cuando el nivel de sonido directo predomina frente al sonido reflejado. En esta zona, el nivel sonoro disminuye 6 dB cada vez que se dobla la distancia, igual que en el espacio abierto. Normalmente, en esta zona, la inteligibilidad suele ser buena.

El campo reverberante o difuso se dará cuando nos alejemos de la fuente sonora y lleguemos a un punto en que el sonido reflejado sea más fuerte que el sonido directo. En esta zona el nivel de presión sonora teóricamente se mantiene constante de un punto a otro.

Habrá también una zona de la sala donde tengamos la misma cantidad de sonido directo que de sonido reflejado. Es el punto que se conoce como distancia crítica.

Campo directo, campo reverberante y distancia crítica.

Campo directo, campo reverberante y distancia crítica.

Para conseguir inteligibilidad, es necesario que los oyentes estén dentro de la zona de campo directo. En el ejemplo que nos ocupa, las primeras filas de la iglesia tenían más sonido directo que reflejado, pues estaban cerca de los altavoces. Por tanto, estaban dentro del campo directo y tenían una buena inteligibilidad. El resto del público estaba en zona de campo reverberante. Al ser mayor el sonido reflejado que el sonido directo, escuchaban sonidos pero no entendían casi nada. Las consonantes, que tienen menos nivel que las vocales, se habían perdido entre tanta reverberación.

¿De qué depende la inteligibilidad?

La pérdida de inteligibilidad en un recinto va a depende de los siguientes factores:

  • Tiempo de reverberación: a mayores tiempos de reverberación, peor inteligibilidad.
  • Diferencia de nivel entre sonido directo y sonido reflejado: Si hay más nivel de sonido directo que reflejado, estaremos en campo directo y tendremos mejor inteligibilidad.
  • Distancia del oyente a la fuente sonora: Si el oyente está demasiado lejos de la fuente sonora, estará dentro del campo reverberante y tendrá peor inteligibilidad.
  • Relación entre el nivel de la fuente sonora y el ruido ambiente en la sala: Si el ruido ambiente de la sala es demasiado alto, puede generar enmascaramiento (sonidos indeseados que interfieren con el sonido que queremos escuchar).




Medidas de inteligibilidad: %ALcons y STI.

La inteligibilidad se puede medir y cuantificar en un recinto, de tal forma que podemos conocer de antemano si algo se va a escuchar adecuadamente. Existen diferentes métodos automatizados, y dos de ellos son %ALcons y STI.

%ALcons (Percentage Articulation Loss of Consonants), porcentaje de pérdida de articulación de consonantes: Se trata de un sistema que trata de medir el porcentaje de consonantes perdidas en la transmisión del sonido. Las consonantes desempeñan un papel mucho más importante en la inteligibilidad de un mensaje que las vocales, si las consonantes se oyen claramente, un mensaje se entiende fácilmente.

%ALcons nos indica la pérdida de definición de consonantes, y por tanto valores pequeños están asociados con una buena inteligibilidad (se pierden pocas consonantes).

Para calcular el porcentaje de pérdida de consonantes se utilizan mediciones de la relación de sonido directo a reverberante y del tiempo de caída. El valor %ALcons se indica como un tanto por ciento.

Se considera que el valor máximo aceptable de %Alcons para la inteligibilidad de mensajes de voz es del 10%, considerando que el ambiente está relativamente libre de ruido enmascarante.

Valores %ALcons y su relación con la inteligibilidad

Otro sistema de medición de la inteligibilidad complejo es el STI (Speech Transmission Index), que se basa en la generación y análisis de una señal de prueba artificial modulada en amplitud, que reemplaza la señal de la voz.

La degradación introducida por el ruido, la reverberación, etc., es medida por un equipo receptor y traducido en un índice de inteligibilidad. El valor va de 0 (ininteligible) a 1 (inteligibilidad perfecta).

El valor STI está directamente relacionado con %ALcons, tal y como podemos ver en esta gráfica:

Relación entre %ALcons y STI

Relación entre %ALcons y STI

Con Smaart v8 se pueden hacer mediciones de inteligibilidad basadas en la respuesta de impulso, y nos puede dar, entre otros, valores %ALcons y STI, tal y como podéis ver en la siguiente imagen, donde se muestran parámetros de inteligibilidad medidos en una iglesia (y por tanto, da mala inteligibilidad).

Parámetros de inteligibilidad en Smaart

Parámetros de inteligibilidad en Smaart

 

Diseñando un sistema de sonorización en un espacio muy reverberante.

Llegados a este punto, deberíamos tener claro que para conseguir inteligibilidad en un espacio reverberante, lo que debemos hacer es tratar de tener a todos los oyentes dentro del campo directo. Si están dentro del campo reverberante ya sabemos que la inteligibilidad de la voz no será buena.

La solución que mejor me ha funcionado habitualmente es situar muchas cajas a lo largo del espacio del público, y aplicar diferentes tiempos de retardo para conseguir que se comporten como una única fuente sonora, tal y como podemos ver en esta imagen:

Ejemplo de sonorización en iglesia

En este ejemplo, suponemos que la zona a cubrir es la que está de color naranja. Si únicamente situamos una pareja de altavoces, las primeras filas de público estarán dentro del campo directo (y escucharán de manera adecuada, con una inteligibilidad alta) y el resto quedarían en campo reverberante con mala inteligibilidad.

Para solucionar esto, vamos añadiendo altavoces donde se empieza a perder el campo directo, para recuperarlo. Pero a esos altavoces les añadimos un tiempo de retardo, para que la señal de todos los altavoces suene al mismo tiempo. Así mejoramos notablemente la claridad del mensaje.

En el ejemplo de la imagen, he supuesto que entre una pareja de altavoces y otra hay 10 metros. Por tanto, si al sonido le cuesta 2,94 milisegundos recorrer un metro (tomando como referencia 340m/seg) iremos aplicando los retardos correspondientes a cada pareja de altavoces.

Los resultados, con este tipo de diseño, son normalmente muy satisfactorios.

La foto que encabeza el artículo es de TitaVi.

Por qué no deberías utilizar arreglos en paralelo de cajas acústicas

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Hoy en día existe una cantidad ingente de información sobre cuestiones técnicas de sonido que hace unos años era inimaginable encontrar. Hace 10 años no había casi información técnica en internet, la literatura existente era muy escasa y la poca que había de calidad era en inglés.

Las cosas han cambiado mucho en poco tiempo. Hoy por hoy existe muchísima información interesante en la red de redes (y mucha información errónea, también) y existe gran cantidad de bibliografía sobre casi cualquier tema. También hoy en día en fácil acceder a una formación reglada en sonido con un programa bastante correcto y tanto los distribuidores de las principales marcas como las empresas de formación están haciendo una excelente labor docente sobre los avances del sector.

Pocos técnicos de sonido hoy en día quedarán que no sepan, en mayor o menor medida, interpretar una respuesta de fase y entender qué sucede cuando se combinan dos señales coherentes con diferentes tiempos de llegada. Gente como Magú, Pepe Ferrer, Bob McCarty,  Merlijn van Veen o Fedele de Marco llevan años haciendo labores didácticas maravillosas.

Y sin embargo…

Sigo viendo con frecuencia cosas como esta:

Arreglo en paralelo 1

O como esta:

Arreglo en paralelo 2

O como esta otra:

Arreglo en paralelo 3

Estas tres imágenes muestran sistemas de P.A. formados por cajas convencionales situadas en paralelo. Y como creo que generalmente no es la mejor de las opciones, os voy a tratar argumentar el por qué habría que evitar en la medida de lo posible este tipo de arreglos en parelelo. (Nota: con esto me refiero a los casos en los que las cajas en paralelo reproduzcan la misma señal de audio. Si reproducen señales diferentes, se trataría de una configuración tipo A/B y lo que escribo a continuación no tendría sentido al tratarse de señales no coherentes).

Cobertura de los arreglos en paralelo.

Un arreglo de cajas en paralelo es algo tan sencillo como situar dos altavoces convencionales uno al lado del otro.

Arreglo en paralelo

Quizás a priori podemos pensar que las ventajas de tener dos cajas posicionadas así es que por un lado ampliaremos la zona de cobertura (al tener dos cajas una al lado de la otra) y además ganaremos +6dB de nivel de SPL (también lógico, pues tenemos dos cajas), lo que puede ser algo muy beneficioso para nosotros.

Sin embargo, como vamos a poder comprobar, la primera supuesta ventaja  no se cumple: el ángulo de cobertura no aumenta.

Para comprobarlo he hecho algo tan sencillo como situar dos cajas UPA-1P en paralelo. Estas cajas cuentan con una cobertura horizontal del 100º, así que he marcado sus ángulos de cobertura. La caja de la izquierda tiene su ángulo de cobertura en rojo, y la de la derecha en azul. El ángulo de cobertura del arreglo, que lógicamente toma como eje la zona entre las dos cajas, está de color negro. Y vemos que la cobertura no aumenta:

Como podemos ver, un arreglo en paralelo no aumenta la cobertura.

Bueno, vale, la cobertura no aumenta. Pero al menos se cumplirá la segunda ventaja: Al tener dos cajas, ganaremos seguro nivel de SPL, ¿verdad? Comprobémoslo.



Respuesta en frecuencia de un arreglo en paralelo

Para comprobar el nivel de SPL obtenido con un arreglo en paralelo, vamos a comparar el resultado de trabajar con una sola caja con el resultado de trabajar con dos. Para ello lo podemos ver gráficamente con Mapp XT.

He preparado un plano donde tenemos dos cajas UPA-1P en paralelo. Las líneas marcan el eje del arreglo (posición 0º), 25º y 50º (límite de cobertura).

Predicción en Mapp

Vemos un arreglo en paralelo y los micrófonos de predicción posicionados en 0º, 25º y 50º

Veamos qué sucede en el eje del arreglo, es decir, a 0º:

En rojo la respuesta de una sola caja. En azul, respuesta de las dos cajas justo en el eje del arreglo: Ganamos 6 db

Podemos ver que en el eje del arreglo (el único punto donde las dos cajas llegan al mismo tiempo), ganamos 6dB de SPL.

Ahora bien, ¿qué sucederá en el resto de los puntos? Veámoslo:

Respuesta en frecuencia

Aquí vemos la respuesta en frecuencia en los tres puntos: 0º grados de color rojo, 25º de color marrón verdoso y 50º de color azul

Como podemos comprobar, la respuesta en frecuencia fuera del eje del arreglo es nefasta, y obtenemos un bonito filtro de peine que hará que el sonido no sea todo lo óptimo que podría ser si apagásemos una caja o cambiásemos el tipo de arreglo.

El problema del filtro de peine se debe a que fuera del eje del arreglo, los tiempos de llegada del sonido generado por cada caja a nuestros oídos es distinto. Por tanto, cuando se junta en un punto el sonido de las dos cajas, algunas frecuencias llegan a la vez, otras un poco desplazadas y algunas totalmente en contrafase. Eso supone sumas y cancelaciones, lo que se conoce como filtro de peine.

Cuando más diferencia temporal exista entre la llegada del sonido de las dos cajas, el filtro de peine empezará en una frecuencia más baja. Por eso en el punto de medición de 50º, el filtro de peine aparece antes.

Conclusiones

Como hemos podido comprobar, los arreglos en paralelo de cajas acústicas no aumentan la cobertura ni hacen que obtengamos mejor nivel de SPL, ya que producen un filtro de peine importante cuando nos salimos del eje del arreglo.

Si disponemos de dos cajas por lado, podríamos por ejemplo angularlas entre ellas para obtener un arreglo que realmente aumente la cobertura y minimice el filtro de peine al evitar solapar tanto las cajas (arreglo de punto de origen amplio).

Hay otras opciones, pero siempre buscando que la cobertura de las cajas se solapen lo menos posible.


 

Ajustar la estructura de ganancia en un evento en directo

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Hace un tiempo, escribí un artículo hablando de 3 conceptos fundamentales en sonido directo. Uno de esos conceptos era la estructura de ganancia y los correspondientes ajustes de nivel a lo largo de nuestra cadena de audio.

Este ajuste (en demasiadas ocasiones menospreciado) es algo tremendamente útil para poder exprimir al máximo nuestros equipos y por supuesto también para protegerlos. No tendría sentido, por ejemplo, que la señal salga de nuestra mesa de mezclas a buen nivel y sin distorsionar, y que al entrar esa señal a un amplificador tuviésemos distorsión (esto sería un ejemplo de un mal ajuste de estructura de ganancia).

El tener la estructura de ganancia bien ajustada también nos va a ayudar a realizar nuestro trabajo de mezcla, y deberíamos siempre prestarle máxima atención.

En el artículo de hoy hablaremos de cómo realizar un ajuste de estructura de ganancia en una situación de directo. Está directamente inspirado en el artículo original de la web Prosoundtraining «A quick way to set up the gain structure of your system».

El problema de los medidores

El principal problema que podemos encontrar a la hora de ajustar nuestra estructura de ganancia (esto es, los niveles de nuestra cadena de audio) es que cada elemento de la cadena puede llevar un tipo de medidor distinto.

Podríamos escribir un artículo sobre los medidores de nivel en audio (me lo apunto como una idea para el futuro), pero ahora mismo, sin profundizar mucho en el tema, deberíamos saber que existen diferentes tipos de medidores. Y lo que para mí marca más la diferencia entre ellos son sus tiempos de respuesta, o su balística.

Un Vúmetro, por ejemplo, tiene una balística lenta, pues su intención no es marcar los pícos máximos y mínimos de una señal, sino responder a niveles medios. De esta forma emula en cierta manera a la respuesta del oído humano.

Un medidor True Peak nos marcará los niveles máximos de la señal, aunque sean de muy corta duración

Un Picómetro PPM es algo intermedio: más rápido que el vúmetro pero menos que el true peak.  Aún así existen diferentes tipos de balísticas dentro de los picómetros.

Deberíamos saber siempre qué nos están marcando nuestros medidores: ¿señal de pico? ¿nivel RMS? ¿algo intermedio?

Existen muchas más posibilidades, diferentes escalas, medidores de niveles RMS, diferentes calibrados… lo que puede hacer complicado el ajustar los niveles de los diferentes elementos que forman parte de nuestra cadena de audio. Si cada elemento lleva un medidor distinto, necesitamos buscar la manera de ajustarlos todos de forma coherente y sobre todo rápida.

Sin ir más lejos, las últimas versiones de Pro Tools ofrecen un abanico de medidores bastante amplio, cada uno con características distintas…

medidores en Pro Tools

Algunos de los medidores que deja seleccionar Pro Tools: La misma señal visualizada de formas distintas.

Train Your Ears

Poniendo a prueba los medidores con una señal de test

A la hora de la verdad, puede resultar complicado investigar qué tipo de medidor lleva nuestra mesa de mezcla o nuestros amplificadores. Deberíamos poder encontrar información al respecto en los manuales de los equipos, pero no siempre es así o no siempre tenemos acceso a ellos cuando lo necesitamos.

Un buen método para comprobar si nuestro medidor responde como un vúmetro, un medidor true peak o un PPM es trabajar con una señal de prueba que nos permita, al menos, distinguir entre estos tres supuestos.

Para ello, yo utilizo una señal de test (descargada de prosoundtraining) que contiene ruido rosa, una onda senoidal de 400HZ a un nivel de -20dBFS y un pulso a 0dBFS. El ruido rosa y la senoidal tienen el mismo nivel RMS, pero la senoidal con un factor de cresta de 3dB y el ruido rosa con unos 10dB. Esto hace que el ruido rosa tenga mayor amplitud aunque tenga el mismo nivel RMS que la senoidal.

Podemos verlo más claro si observamos la representación gráfica de la señal:

representación gráfica de la señal de prueba

Primero tenemos el ruido rosa, luego la senoidal y posteriormente aparecen los pulsos.

La idea es la siguiente:

-Si tenemos medidores true peak, marcarán unos 20dB de diferencia entre la senoidal y los pulsos.

-Si tenemos medidores tipo vúmetro, no marcarán diferente nivel entre la senoidal y el ruido rosa, ya que tienen el mismo nivel RMS.

-Si entre el ruido rosa y la senoidal el medidor nos marca una diferencia de unos 6dB, tendremos un medidor PPM.

respuesta de los principales medidores ante la señal de prueba

Así responderán los principales tipos de medidores.

Ajustando la estructura de ganancia

Los medidores de los equipos sirven para indicarnos en qué parte del rango dinámico del equipo estamos trabajando (el nivel nominal es el nivel óptimo recomendado por el fabricante). Al utilizar esta señal de test nos permite calibrar todos los equipos de nuestra cadena de audio, independientemente del tipo de medidor que lleven.

El procedimiento para ajustar la estructura de ganancia en una cadena típica de mesa de mezclas>procesador>amplificador sería el siguiente:

1. Empezamos con todos los equipos apagados a excepción de la mesa de mezclas. Insertamos la señal de prueba en un canal de nuestra mesa de mezclas. Ponemos el fader del canal a 0dB y el master de salida de la mesa también a 0dB. Ajustamos la ganancia de entrada del canal para que el ruido rosa debería marque 0 Vu en un vúmetro, +6dB en un PPM o aproximadamente -14dBFS en un medidor en escala digital (normalmente las luces del medidor serán amarillas en este punto).

De esta forma estamos en un nivel de trabajo óptimo en la mesa de mezclas, con suficiente headroom antes de distorsionar.

2. Encendemos el procesador y ajustamos su ganancia de entrada para que el pulso muestre una lectura real en el medidor de picos. Es decir, cada vez que suena el pulso debería marcar el nivel máximo en el medidor. Si sólo hay un LED para avisar de la saturación, debería iluminarse cada vez que se reproduce el pulso.

3. Ahora bajamos los potenciómetros de ajuste de sensibilidad de entrada del amplificador y lo encendemos. Vamos subiendo poco a poco los potenciómetros hasta que el pulso de la señal de prueba haga que se ilumine la luz de distorsión del medidor del amplificador. Una vez llegado a ese punto, ese será el nivel de salida máximo del amplificador y nuestra estructura de ganancia estaría ajustada.

Quizás no sea un nivel tan alto como esperábamos, pero hay que tener en cuenta que estamos dejando 20 dB de headroom en el amplificador por encima de la tensión RMS generada por el ruido rosa y la senoidal.

Para un evento en directo, 20dB me parece un headroom adecuado, pero es verdad que en ocasiones, dependiendo del equipo de sonido que tengamos, quizás necesitemos apurar un poco más y reducir ese margen. Si necesitamos hacer esto, simplemente subiremos un poco más los controles de ajuste de nivel de entrada del amplificador hasta conseguir el nivel de SPL requerido con la señal de ruido rosa, pero asegurándonos de que no llega a marcar distorsión.

De esta forma tendremos menos headroom antes de la distorsión, pero mayor nivel de presión sonora. Quizás algunos picos de la señal puedan distorsionar en el amplificador, pero si son picos cortos y a un nivel moderado no tienen por qué resultar audibles.

Y esto ha sido todo por hoy. Como siempre, si el artículo os parece interesante os agradecería que se lo hiciéseis llegar a las personas que les pueda interesar. También agradezco mucho todo tipo de comentarios en el blog 🙂

 

El line array, todo lo que siempre quisiste saber contado en un libro

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Hoy os voy a hablar de una novedad editorial muy interesante dentro de las publicaciones en español del mundo del sonido profesional.

Se trata del libro «El Line Array», de José Martí Faus, publicado a través de la plataforma para escritores independientes de Amazon (CreateSpace Independent Publishing Platform).

La verdad es que me he quedado impresionado con el trabajo que ha desarrollado José Martí para la elaboración de este libro sobre los sistemas de line array, y os voy a contar por qué.

Un libro autoeditado muy profesional

Lo primero que me llamó la atención del libro cuando me enteré de su existencia es que se trataba de un volumen de 372 páginas totalmente autoeditado. Eso, en un primer momento, puede generar cierta desconfianza, básicamente porque cualquiera puede hoy en día publicar un libro a través de Amazon, y en ese caso no hay detrás una editorial convencional que supervise o aplique unos estándares mínimos de calidad.

Mis experiencias anteriores con libros autopublicados en Amazon he de reconocer que no han sido del todo satisfactorias (he comprado libros de este tipo con un nivel de calidad en ocasiones muy bajo), pero en este caso creo que hay que quitarse el sombrero ante el trabajo desarrollado por José Martí. Un contenido excelente, con ilustraciones muy explicativas y perfectamente maquetado.

Además, hay una ventaja muy importante a la hora de publicar un libro con esta plataforma: Como el libro se imprime a demanda, el autor puede revisar y modificar el libro en cualquier momento, corrigiendo erratas o añadiendo nuevos contenidos. Es cierto que no hay una editorial convencional detrás, pero el autor se ha preocupado de hacer llegar el libro a muchos profesionales del sector para recibir su feedback y sus correcciones, por lo que la revisión de este libro ha sido bastante exahustiva.

La enciclopedia del line array

Casi se podría haber llamado así el libro, pues en el fondo se trata de una especie de pequeña enciclopedia que recoge absolutamente todo lo que hay que saber sobre los line array hoy en día. Y la verdad es que el tema da para mucho.

El libro está dividido en 9 capítulos.

Los dos primeros son una introducción, absolutamente necesaria, antes de adentrarnos en el mundo de los line array. En el primero se trata el tema de la especificación de sistemas: qué objetivos debería cumplir nuestro sistema de sonido y aclara algunos conceptos básicos como la directividad y cobertura. En el segundo se tratan las características principales de los sistemas convencionales y sus posibles arreglos de cajas acústicas.

Una vez hecha esta introducción es cuando arrancamos con los sistemas de line array en profundidad. 7 capítulos dedicados en exclusiva a este tipo de sistemas, donde encontramos los siguientes: Fundamentos básicos, Instalación, Altura y orientación, Cobertura vertical, Line Arrays volados y estacados, Cableado y conexionado y Procesamiento.

Es de destacar el detalle en las explicaciones y la cantidad de fotos e imágenes que acompañan al texto. Desde luego, el autor ha hecho todo lo posible por conseguir que no queden dudas de ningún tipo en sus explicaciones. En la siguiente imagen podemos ver un detalle de alguna de las páginas del libro:

altura_orientacionDiagrama-de-conexiones-del-line-array

 

La verdad es que el libro está lleno de información muy interesante. Por poner un ejemplo, una cuestión que me ha llamado mucho la atención y me parece muy bien explicada en el libro es la diferencia entre sistemas activos y pasivos. El autor nos deja muy claro que el que un sistema sea activo o pasivo no significa que sea autoamplificado o no autoamplificado, sino que en los sistemas activos primero se aplica un crossover y después se amplifica (independientemente de dónde se haga la amplificación, dentro o fuera de la caja). En un sistema pasivo, los filtros de crossover están siempre después de la amplificación.

Train Your Ears

Canal de YouTube

Por si fuera poco, José ha creado un canal de Youtube donde está publicando muchísimos videos relacionados con el contenido del libro (y con otros aspectos del mundo del sonido) en el que nos explica un montón de conceptos. Para muestra el siguiente video, en el que tenemos la explicación de la diferencia entre un sistema activo y pasivo:

Conclusiones

En definitiva, estamos ante un libro de muchísima calidad. Se nota que el autor ha trabajado con mucho entusiasmo en él, así que si estáis interesados en profundizar en el mundo de los line array este ejemplar no debería faltar en vuestra biblioteca. Lo podéis comprar directamente en Amazon.

Una semana disfrutando de un sistema Maga Engineering en River Sound Festival

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Un año más Producciones El Sótano se ha encargado de la sonorización e iluminación de la Carpa Aragoneses en River Sound Festival. Y la verdad que lo hemos disfrutado, principalmente gracias al sistema de sonido del fabricante Maga Engineering proporcionado por nuestros compañeros de Full Range.

Como desde que conocimos a esta marca y sus productos estamos encantados, hoy vamos a contaros un poco más en detalle en qué consisten estos equipos y la configuración que instalamos en River Sound Festival.



Maga Engineering, un fabricante muy serio.

Maga Engineering es una empresa que se dedica a fabricar equipos de sonido profesional desde su sede en Mota del Cuervo (Cuenca). En pocos años ha pasado a ser una marca muy apreciada por todos los técnicos que han tenido la suerte de escuchar sus equipos. Eso es algo que me llamó la atención desde el principio, pues suele ser complicado para las marcas menos conocidas hacerse un hueco en un mercado tan competitivo, y sin embargo, todas las referencias que habían llegado a mis oídos antes de poder escuchar los equipos de este fabricante eran siempre muy buenas.

En BiTAM 2014 me encontré de forma inesperada con un stand de Maga Engineering, donde Agus León y Antonio Cantarero me atendieron amablemente, me explicaron todos sus productos y resolvieron todas mis dudas. Lamentablemente el espacio con el que contaban era pequeño y me quedé con las ganas de escuchar sus sistemas de line array, pero me invitaron a acercarme a su sede en Mota del Cuervo para poder comprobar la calidad de sus equipos.

Así que un par de meses después, viajé a Mota del Cuervo con los compañeros de Full Range, que también querían escuchar estos equipos. Y volvimos con muy buenas sensaciones, a pesar de que personalmente creo que no se conoce un equipo hasta que no se prueba en una situación real en directo.

De cualquier forma, pudimos comprobar el cuidado con el que habían sido diseñados, la selección de los componentes, la calidad de los acabados y desde luego un sonido cuando menos impecable. Antonio Cantarero, su diseñador, es muy meticuloso con todos los detalles y hace su trabajo a conciencia. Si a eso le añades amplificación Lab Gruppen, la verdad es que el resultado es un sonido de altísima calidad.

Y la relación calidad/precio es excelente. Tanto, que los amigos de Full Range acabaron adquiriendo un sistema Maga 5 que hoy en día ofertan si estás interesado en alquilar un line array.

Sistema de sonido en River Sound Festival

Para River Sound Festival, montamos 12 cajas ME10V para el sistema principal, 2 cajas ME10V Wide como downfill y 6 subgraves ME218SND.

detalle_cajas

Detalle de las cajas, donde se ven los diferentes ángulos que se pueden aplicar y los pasadores magnéticos

La carpa medía 40×20 metros, pero con el escenario y los antiavalanchas se quedaba un espacio a cubrir de unos 28×20. Una de las limitaciones de trabajar en carpas de este tipo es la altura a la que se puede colgar el equipo. En este caso pudimos llegar a 5 metros. Nos habría gustado poder elevarlo un poco más, pero aún así fue suficiente.

Una de las curiosidades de las cajas ME10V es que las fabrican para ser situadas en L o en R. Es decir, hay unas cajas con el motor de agudos a la derecha (las que irían situadas en la izquierda) y otras cajas con el motor de agudos a la izquierda, de tal manera que se obtiene simetría acústica.

Las ME10V llevan un altavoz de 10″ y 2 motores de 0,8″, con una cobertura horizontal de 90º y una importante sensibilidad de de 1W@1m de 102dB . Su potencia admisible son 500W AES y se pueden angular de 0 a 9º en pasos de 1º. Las ME10V Wide cuentan con una cobertura horizontal de 120º, por lo que en este caso las situamos en la parte inferior del array.

Los subgraves ME218SDN llevan 2 altavoces de 18″ con una sensibilidad de 105dB y admitiendo 2.200W AES contínuos (hoy en día cada vez más fabricantes dan datos de potencia en watios AES, si queréis más información sobre la diferencia con los RMS podéis leer este artículo de Beyma).

Otra curiosidad del equipo es que los pasadores que se utilizan para sujetar y angular las cajas entre sí están imantados, de tal forma que se sujetan firmemente una vez que los insertas en los enganches e incluso puedes dejarlos colgando del equipo mientras se realiza la operación de montaje o desmontaje. De cualquier forma hay que tener cuidado, pues es fácil que los pasadores que no están sueltos durante el montaje se puedan enganchar a cualquier objeto metálico que haya por los alrededores (hay que tener especial cuidado con las cadenas de los motores).

Para amplificar todo esto utilizamos 3 etapas de potencia Lab Gruppen, concretamente una PLM20K44 y dos PLM12K44.

De la mesa de mezclas salían 4 envíos a traves de matrices: Una matriz stereo para alimentar el sistema principal, una matriz en mono con la suma de L+R para enviar a los subgraves (lo que permitía decidir la cantidad de subgrave que queríamos en función de si estábamos sonorizando un concierto o una sesión de DJs) y otra matriz mono L+R para el sistema de frontfill situado delante del escenario.



Sistema de predicción acústica y procesamiento

Si hay algo que no me gusta del sistema Maga Engineering es que utiliza como software de predicción la versión 1 de Ease Focus. No es un problema serio, ni mucho menos, y además me consta que lo cambiarán en un futuro. Sin embargo, la versión 1 de Ease Focus sólo funciona en Windows 7 o versiones anteriores.

Podemos convivir con ello, en mi caso tengo un Windows 7 en Parallels corriendo en mi MacBook Air, pero preferiría que trabajasen con Ease Focus 3 para poder hacer una partición real con BootCamp y arrancar directamente con Windows en lugar de tener que emularlo.

De cualquier forma, el Ease Focus 1 se comporta correctamente y nos permite hacer una predicción de la angulación y cobertura que nos va a dar el sistema.

Actualizado en noviembre 2018: Maga Engineering ya trabaja con Ease Focus 3. Están disponibles los archivos de sus equipos en este formato directamente en su web. Genial, tenía ganas de dejar de utilizar Ease Focus 1 🙂

ease_focus1

Ease Focus 1 funcionando en una emulación de Windows 7 de Paralells sobre Mac OS X Yosemite

Para procesar el equipo, trabajamos con los procesadores Lake que incluyen las etapas Lab Gruppen. A través de una red wifi y un ordenador podemos controlar todos los parámetros de ajuste, aunque Maga proporciona unos presets hechos a medida según las necesidades del usuario.

En este caso, para el sistema principal apenas tuvimos que aplicar una ecualización shelving para darle +3dB a partir de 8000Hz en el tiro largo, compensando de esta manera las pérdidas en alta frecuencia debido a la atenuación producida por el aire. De esta manera conseguimos igualar perfectamente la respuesta en frecuencia en toda la carpa del sistema principal.

ajustando_el_equipo

Ajustando el sistema: haciendo las mediciones y comprobaciones pertinentes

Arreglos de subgraves

Como ya os he dicho, para esta ocasión contábamos con 6 subgraves ME218SND. Con 6 subgraves ya se puede empezar a hacer arreglos interesantes, pero como siempre, de los modelos teóricos a los modelos reales hay un trecho.

La idea inicial era haber hecho una configuración L-C-R en gradiente, de tal manera que hubiese dos filas de subgraves, unos delante de otros. Los más próximos al escenario llevarían un delay y una inversión de polaridad para conseguir máxima cancelación en escenario y suma en la parte delantera. E incluso si el resultado no nos convencía y preferíamos tener más suma delante a costa de reducir el ancho de banda de la cancelación trasera, podíamos, sin mover ningún sub, cambiar el arreglo a un End-Fired simplemente cambiando los parámetros del procesador.

El problema fue que al llegar a la carpa pudimos comprobar que por cuestiones de espacio era imposible hacer el planteamiento inicial, así que finalmente acabamos haciendo un arreglo de arco electrónico, para conseguir abrir la cobertura a lo largo de toda la carpa.

etapas_lab_gruppen

Dos de las tres etapas Lab Gruppen utilizadas

Sensaciones sonoras

Una carpa no es el mejor sitio para disfrutar de un sistema de sonido (las reflexiones de las paredes y techo plástico generan un aumento significativo de frecuencias medias y altas), pero aún así es tremendamente fácil mezclar con este sistema de Maga Engineering.

El grave redondo y contundente de los subgraves, sumado con la definición casi hi-fi del sistema principal, hace muy sencillo plantear una mezcla de forma rápida y precisa. La respuesta a los transitorios del equipo es rápida y definida, lo que hace que ajustar compresores o escuchar definidamente las colas de las reverbs sea algo muy disfrutable.

En definitiva, estamos muy contentos con lo que nos ofrece este equipo y creo que es de justicia el reconocer las cosas bien hechas.

Enhorabuena a Maga Engineering, y si tenéis la posibilidad de probar estos equipos os recomiendo que lo hagáis. Ya nos contaréis qué os parecen…




S.A.D. (Subwoofer Array Designer) explicado a fondo (parte 2)

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Y vamos con la segunda parte sobre la hoja de Excel para hacer arreglos de subgraves de Merlijn van Veen.

Nos habíamos quedado en la primera parte del artículo en la opción de Microphone Setup Selection, así que continuaremos el artículo desde allí.

Respuesta de los micrófonos (Level & Phase)

Habíamos visto anteriormente cómo configurar el posicionamiento de los micrófonos. Para que el calculador nos muestre su respuesta (de nivel y de fase relativa) tenemos un cuadro llamado «Level & Phase»

level_phaseDesde este menú podemos seleccionar los datos de qué micrófono se muestran en los recuadros Level (individual) y Phase (Individual).Para ello,  elegimos el número de micrófono del que queremos ver los datos en el cuadro «mic».

Las opciones «normalize» y «tracking» afectan a la respuesta de fase mostrada en el cuadro «Phase individual». Al normalizar el trazo elegido ajusta su respuesta al eje de 0º y muestra las diferencias temporales con el resto.

Level (Summed)

También tenemos un cuadro donde el calculador nos muestra el nivel sumadode todos los altavoces en cada posición de micro.

Para este gráfico tenemos un cuadro de control donde elegir qué posiciones queremos que nos muestre. También podemos normalizar el gráfico a la posición de micro que queramos. Si hacemos esto, lo que sucederá es que la gráfica que corresponda al micrófono normalizado estará en la posición de 0dB y el resto estará representado a partir de esta referencia.

level_summed

Arriba tenemos la gráfica normalizada (con las respuestas alrededor de 0dB) y abajo sin normalizar, con las respuestas a 12dB que es la suma que generan 4 subgraves.

Input & Output Data (Configuración de los altavoces)

En la ventana «Input Data» es donde seleccionamos el número de altavoces que va a tener nuestro arreglo, concretamente en el campo «Speakers». El número máximo es 12.

Justo a la derecha del campo «Speakers» nos aparecerá el dato «block level». Este campo nos indica la suma total que genera el número desubgraves que hayamos elegido, teniendo en cuenta que 1 subgrave toma el valor de referencia de 0dB, 2 subgraves son 6dB, 4 subgraves son 12dB, etc.

En esta misma tabla podemos configurar aspectos como el encendido o apagado de los subs, su posición, nivel, polaridad, rotación o delay.

En «Output Data» vemos los datos que se están tomando para mostrar la información de toda la hoja de Excel. Estos datos aparecen automáticamente tras configurar el «Input Data».

input_output

Polar plot (Diagrama polar)

La hoja de Excel también nos permite visualizar en forma de diagrama polar la respuesta de nuestro arreglo de subgraves.

Es muy interesante, porque nos permite visualizar de manera simultánea cómo se va a comportar el arreglo a distintas frecuencias. Por ejemplo, podemos ver muchas diferencias entre un arreglo de gradiente y un arreglo end-fired en esta gráfica.

Teóricamente, el arreglo End-Fired produce la máxima suma en la parte delantera del arreglo, y nos va generar una respuesta cardioide en la frecuencia para la que hemos hecho el arreglo (separación de 1/4 de longitud de onda). Esta cancelación tiene un ancho de banda estrecho.

Sin embargo, el arreglo gradiente va a conseguir una cancelación en la parte trasera con aproximadamente un ancho de banda de 1 octava y media (mucha más cancelación que el End-Fired). Sin embargo, no va generar tanta suma en la parte frontal.

Esto, gráficamente, lo podemos visualizar muy fácil en el diagrama polar del S.A.D:

Con el diagrama polar, podemos comparar a simple vista el resultado teórico de un arreglo End-Fired y un arreglo de Gradiente.

Filters & Info (Filtros e Información)

Aunque los he dejado para el final, el calculador también permite añadir filtros HPF o LPF a nuestros subgraves. Tan sencillo como elegir las frecuencias del HPF o LPF y el número de orden del filtro. Si no queremos filtros, bastará con dejar los valores 0 en el HPF y 20000 en el LPF.

filtro_end_fired

Aquí he aplicado filtros LPF y HPF en un arreglo End-Fired. Además, en el gráfico se muestra el micro que está delante, a 0º del eje (en rojo) y el micrófono trasero a 180º. Por eso el trazo negro muestra una cancelación en 85Hz

Y hay otro cuadro a la izquierda de este y un poco más abajo que nos muestra información importante sobre nuestro arreglo. Se trata del cuadro Info, que se corresponde con los triángulos de colores que se pueden ver en la imagen anterior, y en el que de un vistazo podemos ver lo siguiente:

info–Array length: Longitud del arreglo en metros.

–1st cancel: A qué frecuencia, en herzios, tendremos la primera cancelación.

–Pref filters: Frecuencias de corte recomendadas para nuestros filtros.

–Crit frequency: Frecuencia crítica a partir de la cual tenemos el mismo nivel en la parte delantera y en la trasera del arreglo.

–BW /F2B: Ancho de banda del arreglo y diferencia máxima de nivel entre la parte delantera y la trasera.

Exportando los arreglos de subgraves a Mapp XT

Por último, Merlijn ha tenido el detalle de facilitar la importación de los arreglos de subgraves hechos con su calculador al programa de Meyer Sound Mapp XT.

Para ello, simplemente debemos elegir en el cuadro que aparece abajo a la izquierda el modelo de subgraves que queremos utilizar en Mapp y la orientación tanto de los altavoces como de los micrófonos. Le damos a exportar y automáticamente, en el directorio que queramos, nos generará un archivo *.xml que podremos abrir con Mapp XT.

exportar_mapp

La exportación a Mapp XT es realmente sencilla…

Y con esto doy por finalizada la explicación sobre este gran calculador.
Recuerda que puedes descargarlo desde la web de Merlijn van Veen de forma gratuita.

S.A.D. (Subwoofer Array Designer) explicado a fondo (parte 1)

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En el artículo «3 hojas de excel que todo técnico de sonido debería tener», una de las que nombrábamos era el calculador de arreglos de subgraves (Subwoofer Array Designer, S.A.D, de Merlijn van Veen). Se puede descargar de forma gratuita desde su web.

Se trata de una herramienta muy potente para diseñar arreglos de subgraves, ya sean arreglos en arco físico, en arco virtual, en gradiente o end-fired.

Vamos a tratar de explicar la herramienta por encima, para poder manejarnos con ella y empezar a diseñar arreglos y comprobar su respuesta.

Nada más abrir la hoja de Excel, tenemos todos estos campos a la vista:

Subwoofer Array Designer

Vista global del Subwoofer Array Designer

Veamos poco a poco qué significan estos campos.

1.Speaker Setup Selection

Arriba a la izquierda nos encontramos con el campo «Speaker setup selection». En este campo es donde decidimos qué tipo de arreglo queremos hacer.

Merlijn nos deja elegir entre un arreglo en arco físico (Physical hor.array), un arco electrónico mediante la aplicación de delays (Delayed hor. array), un arreglo End-fired y un arreglo de gradiente.

Para los arcos, recomienda al menos 6 subgraves, aunque se puede hacer con menos. Para el End-fired entre 2 y 4 subgraves y para el gradiente únicamente dos subgraves. Estas limitaciones son en el plano horizontal, ya que siempre podríamos apilar subgraves en vertical encima del arreglo si necesitamos utilizar más cajas.

Para elegir la opción deseada, simplemente ponemos el número correspondiente en el cuadrado amarillo que aparece a la derecha de «Speaker Setup».

2.Speaker Pattern

Aquí nos permite seleccionar la directividad de nuestros altavoces. Lo habitual será que elijamos la opción 1 (Omni), para considerar nuestros subgraves como fuentes omnidireccionales.

Si quisiésemos diseñar un arreglo de arco con dos filas de subgraves, de tal forma que la trasera estuviese por ejemplo haciendo un gradiente con la primera fila, podríamos seleccionar «Cardioid» para visualizar la cancelación trasera que generaría ese segundo arco.

3.Array Parameters

Lo siguiente que debemos hacer es seleccionar la separación de los subgraves entre si. Los arreglos End-fired y Gradiente deben de diseñarse para obtener una cancelación máxima en una frecuencia concreta. Esa frecuencia tendrá una longitud de onda igual a 4 veces la separación entre los subgraves (o lo que es lo mismo, separamos los subgraves 1/4 de la longitud de onda de la frecuencia del arreglo).

Es decir, si separamos los subgraves 1 metro entre ellos al hacer un End-fired, la frecuencia a la que tendremos la máxima cancelación será aquella que tenga una longitud de onda de 4 metros (1metro x 4). En este caso, 85Hz (obtenemos el dato de dividir la velocidad de propagación del sonido 340m/seg entre la longitud de onda que es 4 metros).

Para hacer arreglos de arco, Merlijn recomienda espaciar los subgraves hasta un máximo de 180º o 1/2 longitud de onda de la frecuencia de corte superior de los subgraves. No obstante, hasta 2/3 de longitud de onda de separación podría funcionar en este tipo de arreglos, aunque en ese punto estaríamos al borde del colapso lateral.

Si separamos demasiado los subgraves al hacer un arreglo en línea, se produce un colapso lateral, enviando mucha presión sonora a los extremos superior e inferior del arreglo.

4.Prediction Plane

El cuadro de Prediction Plane o plano de predicción nos permite ajustar las distancias de nuestro plano. Como el plano debe de ser cuadrado, sólo podemos modificar el eje horizontal X y automáticamente el eje vertical Y tomará el mismo valor.

prediction_plane

Con la opción Shift podemos desplazar el plano de predicción a lo largo del eje X e Y, y el parámetro freq nos permite ajustar qué frecuencia se muestra en el mapa de SPL.

Las opciones de normalización se refieren exclusivamente a cómo se muestra mapa de presión sonora (SPL). Si la desactivamos (poniendo un 0 en el recuadro naranja) nos muestra valores desde -42 hasta 0dB.

Con la opción 1 (speakers) el valor de SPL más alto se fija en 0dB (tal y como lo muestra Mapp XT)

Con la opción 2 (Mic 1) compara el nivel que llega al micro 1 con el 0dB menos la pérdida por la distancia.

Son, en definitiva, diferentes formas de ver la misma información. Veámoslo gráficamente:

normalizacion

Aunque parecen distintas predicciones, sólo varía el nivel de referencia. Realmente es la misma predicción.

5.Microphone Setup Selection

Una opción muy interesante de esta gran herramienta es que nos permite situar 7 micrófonos en el plano de predicción y ver cómo varía la respuesta en cada punto.

mic_setup

En este caso tenemos 4 opciones principales para situar nuestros micrófonos en el plano de predicción. La opción que aparece por defecto es un arco (Arc), en el que los micrófonos se distribuyen de forma equidistante en un arco a partir del punto 0,0. El ángulo del arco lo podemos ajustar con la celda FAR.

Si queremos analizar arreglos del tipo End-Fired o Gradiente (con cancelación en la parte trasera), tendríamos que seleccionar un ángulo de 180º para poder ver qué sucede tanto en la parte frontal como en la parte trasera.

También podemos situar los micrófonos con la opción Array. En este caso también se sitúan equidistantes pero ya no toman como punto de origen el punto 0,0, sino el origen del arreglo virtual. Tampoco tienen en cuenta el ángulo del campo FAR. Lo veremos más claro con la siguiente imagen:

Micros_en_arco_y_array

En la imagen de la izquierda tenemos los micros situados con la opción Arc, que toma como referencia el punto de origen 0,0. En la derecha hemos seleccionado la opción Array, que toma como punto de referencia el origen del array.

Las dos opciones que nos quedan en esta sección son «Edge» y «Exponential 72º».

En Edge los micrófonos se distribuyen de forma equidistante desde el centro del array hasta el borde del mismo.

Con la opción Exponential 72º los micrófonos se sitúan a intervalos fijos para ilustrar el comportamiento de un arreglo en línea según Harry F. Olson.

Veámoslo en esta imagen:

edge_exponential

A la izquierda la configuración de micrófonos con la opción «Edge» y a la derecha con la opción «Exponential 72º»

Hay que tener en cuenta que el micrófono 1 es siempre el que está más cerca del centro y el micrófono 7 el que está más alejado.

Justo debajo tenemos la opción Global Radius (FOH), que es un ajuste global para toda la hoja de Excel y nos indica a partir de la cual situamos los micrófonos, y obtenemos los datos de SPL y diagramas polares.

Se recomienda utilizar la distancia de la posición del control de sonido (FOH) o la mitad del espacio a cubrir en el evento.

Llegados a este punto, creo que ya he dado demasiada información para un solo artículo. La herramienta Subwoofer Array Designer es muy extensa, así que tenéis una continuación de la explicación en este otro artículo: S.A.D. (Subwoofer Array Designer) explicado a fondo (parte 2)

Si os ha parecido interesante, agradecería un comentario o que compartáis el artículo con personas a las que les pueda interesar 🙂


El peligro de utilizar un amplificador de menos potencia que el altavoz

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En muchas ocasiones he escuchado a personas comentar que han roto sus altavoces «a pesar de utilizar un amplificador de menos potencia que el altavoz».  En cierta manera, es comprensible que esto genere ciertas dudas si no se tienen claros algunos conceptos: ¿cómo va un altavoz a romperse por un amplificador que genera menos potencia que la que soporta el altavoz?

Pues el gran culpable de este problema es la distorsión. Para entender esto de forma clara, analicemos la naturaleza de la música y parámetros como la amplificación y la distorsión.

La música

Para empezar, podemos afirmar que cuando reproducimos música no tenemos la misma energía en la parte alta que en la parte baja del espectro sonoro.

El oído humano responde mal a la baja frecuencia, y necesitamos mucha más energía para escuchar los graves que los agudos (esto se refleja en las famosas curvas isofónicas de Fletcher y Munson, y en las ponderaciones A, B y C de los sonómetros).

Si analizamos la respuesta en frecuencia de una canción en un analizador RTA, podremos ver que el contenido en alta frecuencia contiene, normalmente, entre 10 y 20dB menos que las frecuencias medias y graves.

Por tanto, incluso si trabajamos con un rango dinámico de 10dB para los picos de señal en la alta frecuencia (un valor bastante habitual, incluso puede ser más alto), el motor de agudos de cualquier caja acústica realmente estará soportando como mucho una décima parte de la potencia que tienen que aguantar las vías de medios y graves.

Esta distribución de la energía en el espectro sonoro es algo que juega a nuestro favor: Una caja acústica de 100W, tendrá un motor de agudos que tenga que trabajar, aproximadamente, con unos 10W. Si el fabricante utiliza un tweeter capaz de aguantar 20W (es habitual sobredimensionar la resistencia de estos componentes), entonces tenemos un factor de seguridad muy grande en la alta frecuencia. Si el componente tiene que trabajar en condiciones normales con 10W y aguanta 20W, en principio no deberíamos tener ningún problema.

Las capacidades de los componentes de una caja acústica están diseñadas según la distribución natural de la energía de la música.

En este gráfico podemos observar la distribución de la energía típica de la música: Una caída de 6dB/octava a partir de aproximadamente 1kHz, llegando a -20dB en 10kHz.

Fuente: http://sound.whsites.net/articles/fadb.htm

La amplificación

Pasamos ahora al tema de la amplificación. Lo primero que deberíamos tener en cuenta es que las especificaciones de la potencia de salida de un amplificador que aparece en sus especificaciones técnicas no es un valor absoluto. Y con esto quiero decir que, en ocasiones, los amplificadores pueden dar más potencia de la que dicen sus especificaciones (eso sí, a costa de generar mucha distorsión armónica).

Normalmente, los fabricantes nos dan el dato de la potencia de salida RMS a un nivel concreto de distorsión THD (normalmente muy bajo). Pero si el usuario del amplificador envía más señal de la cuenta, generando distorsión, la potencia de salida del amplificador puede aumentar por encima de la especificación dada por el fabricante.

Por ejemplo, un amplificador con una potencia de salida de 500w RMS con una distorsión de 0.5%THD podría llegar a generar mediante sobresaturación 1000W de potencia de salida. Y probablemente, mucha de esa potencia extra generada por la distorsión estará en la zona de la alta frecuencia, como veremos a continuación.

Distorsión en alta frecuencia

La potencia extra que se genera al sobrecargar la entrada de un amplificador tiene, por tanto mucha distorsión armónica. Y esos armónicos son los que son realmente peligrosos para nuestros motores de agudos.

Partimos de la base de que la distorsión armónica genera señales que no estaban presentes en la señal original, y son múltiplos superiores a la señal original.

Para situarnos en esto, veamos una captura de pantalla de la distorsión armónica generada por un tono de 1kHZ, tanto en escala logarítmica como en escala lineal:

Distorsión armónica a partir de un tono puro de 1kHz, en escala logarítmica

Distorsión armónica generada a partir de un tono de 1kHz, esta vez representada en escala lineal

Podemos apreciar como la distorsión generada al distorsionar la entrada de la interface con un tono puro genera distorsión armónica en frecuencias superiores al tono original, aumentando de forma significativa el nivel de energía en agudos.

Pero, ¿qué sucede cuando la señal que distorsiona el amplificador no es un tono puro, sino una señal de rango completo (una canción, por ejemplo)?

Vamos a verlo en el analizador:

En azul, la señal de música sin distorsionar. En rosa, la señal distorsionada. Vemos como aumenta la alta frecuencia en la señal distorsionada.

 

En escala lineal podemos apreciar mejor la diferencia: Tenemos unos 16dB de diferencia en la parte alta del espectro.

Como esta distorsión se genera siempre en múltiplos superiores, el motor de agudos de una caja acústica es el que soporta siempre la mayor cantidad de distorsión cuando se produce, aunque la señal en principio no tenga gran contenido de alta frecuencia.

Un contrabajo, por ejemplo, no tiene mucha señal de alta frecuencia. Pero si esa señal del contrabajo distorsiona la entrada del amplificador, generará distorsión armónica de alta frecuencia. Veámoslo en este video:

Ondas, factor cresta, potencia pico y potencia eficaz.

Si visualizamos las ondas generadas mediante un osciloscopio, podemos entender mejor lo que sucede.

Si introducimos en el osciloscopio una onda senoidal de un tono puro,veremos que en la pantalla sus extremos superior e inferior se muestran con los contornos normalmente redondeados (La típica onda senoidal, vamos).

 Pero cuando un amplificador es saturado, los contornos de la onda se recortan, generando una onda cuadrada en la que la potencia RMS se aproxima a la potencia de pico. Y cuando esto sucede, el amplificador puede enviar hasta el doble de su nivel de salida nominal al motor de agudos, que puede no ser capaz de manejar semejante potencia. Esta es la causa más común de fallo en los motores de agudos.

Onda senoidal y onda senoidal recortada. Fuente: http://www.hispamotor.net

Sin embargo, si utilizamos un amplificador de mayor potencia,  podrá generar los niveles de potencia requeridos sin producir ese recorte, permitiendo que el sistema de altavoces reciba la señal amplificada con una distribución normal de los niveles de energía. En estas condiciones, aunque aumente la potencia, el daño al motor de agudos es muy improbable (recordemos que están diseñados con un factor de seguridad importante).

Una cuestión importante para entender esto es el factor cresta. El factor cresta es el cociente entre el valor de pico de la señal y su valor promedio o RMS.

Los fabricantes de amplificadores utilizan normalmente para medir la potencia de sus amplificadores tonos puros o barridos de ondas, y estas señales tienen un factor cresta de 3dB. Eso significa que la potencia de pico del amplificador (la máxima potencia que puede soportar el amplificador sin averiarse durante un periodo de tiempo corto) es el doble que la potencia eficaz (potencia que el amplificador es capaz de desarrollar durante largos periodos de tiempo sobre una determinada carga nominal).

Por tanto, los fabricantes utilizan señales con 3dB de factor cresta para darnos sus especificaciones. Sin embargo, nosotros, en el mundo del sonido directo, normalmente vamos a trabajar con música con un factor cresta de entre 15 y 20 dB.

Si con un tono puro con factor cresta de 3dB el amplificador genera 1000W de potencia eficaz, con una señal con un factor cresta de 20dB el mismo amplificador genera una potencia eficaz de 20W, por lo que queda claro que tiene bastante sentido el sobredimensionar en cierta medida los amplificadores respecto a los altavoces.

Nota: Es importante advertir la diferencia entre música en directo y música grabada y masterizada. La música comercial de hoy en día ha llegado a límites de compresión absurdos, y su factor de cresta puede llegar a estar en algunos casos extremos cerca de los 3dB de la onda senoidal.

Consejos de protección

Llegados a este punto, podemos concluir con algunos consejos para proteger nuestros sistemas:

-Evitar la distorsión a toda costa: Es, sin duda, lo más peligroso para nuestros altavoces. No hay nada como mantener una buena estructura de ganancia y tener nuestros niveles bajo control. Por algo llevan medidores todos los amplificadores serios.

-Sobredimensionar (con mesura) nuestros amplificadores: Si vamos a trabajar con señales con dinámica (y por tanto factor cresta más o menos grande) es conveniente que los amplificadores generen más potencia que la que admiten los altavoces. Una proporción óptima (aunque podríamos debatir a cerca de esto) podría ser un amplificador que genere entre un 50% y un 75% más de la potencia eficaz del altavoz.

-Utilizar la limitación: Es interesante tratar de proteger nuestros sistemas para evitar problemas y evitar forzar los altavoces. Para hacer un ajuste adecuado de la limitación, os recomiendo esta hoja de excel de limitación creada por Gerard Mancebo, de VM Acoustical, que ya comentamos hace tiempo en otro artículo.  Con esta herramienta, es muy fácil calcular los parámetros adecuados para nuestro limitador.

–Evitar hacer conexiones o desconexiones con el amplificador encendido: Hacer esto puede generar señales de pico momentáneas que pueden dañar las bobinas de los altavoces.

Y esto ha sido todo por hoy. Si os aparecido interesante os agradecería que compartiéseis el artículo o dejaseis algún comentario 🙂

 

 

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