Electroacústica T.5 2024 PDF

Tema 5 Electroacústica Tabla de contenido Tabla de contenido Tabla de contenido........................................................................................................................................1 Física del sonido (propagación y percepción)..........................................................................................3 Ondas Sonoras............................................................................................................................................4 Magnitudes acústicas básicas..................................................................................................................4 Variables físicas de la onda sonora......................................................................................................4 Campo acústico.....................................................................................................................................6 Clasificación de las ondas acústicas........................................................................................................8 Relación entre acústica y electricidad..................................................................................................11 Tipos de ruido.............................................................................................................................................11 El sonido.........................................................................................................................................................12 Introducción..............................................................................................................................................12 Cualidades del sonido.............................................................................................................................12 La serie armónica..................................................................................................................................13 Leyes de E. Schumann.........................................................................................................................14 El oído.............................................................................................................................................................15 Sonoridad y nivel de sonoridad...............................................................................................................16 Acústica de salas..........................................................................................................................................17 El sonido en recintos. Parámetros básicos..............................................................................................17 Eco y reflexiones...................................................................................................................................17 Tiempo de reverberación....................................................................................................................17 Resonancias..........................................................................................................................................20 Acústica geométrica................................................................................................................................20 Acústica de grandes recintos..................................................................................................................21 Absorción acústica...............................................................................................................................21 Recomendaciones para una absorción efectiva............................................................................23 Sonido directo.......................................................................................................................................23 Inteligibilidad.........................................................................................................................................23 Soluciones para el control acústico........................................................................................................25 Paneles absorbentes............................................................................................................................25 Difusores de sonido...............................................................................................................................25 Sistemas de refuerzo sonoro........................................................................................................................27 Altavoces.......................................................................................................................................................28 Clasificación según su principio de funcionamiento............................................................................28 Clasificación según su acoplo con el medio de radiación.................................................................33 Clasificación según su rango frecuencial.............................................................................................33 La potencia en los altavoces..................................................................................................................34 Tipo de especificaciones de potencia..............................................................................................36 Causas de averías de altavoces.........................................................................................................36 Impedancia del altavoz......................................................................................................................37 Micrófonos.....................................................................................................................................................38 Electroacústica 1 Tabla de contenido Funcionamiento....................................................................................................................................38 Tipos de micrófonos..............................................................................................................................38 Características de los micrófonos......................................................................................................40 Micrófonos, tipos y utilización práctica...................................................................................................41 El diagrama polar.................................................................................................................................41 La sensibilidad...........................................................................................................................................43 Ruido intrínseco.........................................................................................................................................43 Relación señal/ruido (S/R)...................................................................................................................44 Respuesta en frecuencia.........................................................................................................................44 Efectos de sonido.........................................................................................................................................45 Acoples......................................................................................................................................................45 Factores que intervienen.....................................................................................................................45 Cómo evitar acoples y realimentaciones.........................................................................................45 Ecualización contra los acoples.........................................................................................................46 Transporte de señal de audio: balanceado y no balanceado..........................................................46 Formas de transporte de señal............................................................................................................46 Mezclando sistemas balanceados y no balanceados.....................................................................48 Procesadores de dinámica.....................................................................................................................48 Tipos........................................................................................................................................................49 Grabación y reproducción del sonido. Audio digital...........................................................................57 Antecedentes históricos.......................................................................................................................57 Computador y sonido..........................................................................................................................57 Electroacústica 2 Física del sonido (propagación y percepción) Física del sonido (propagación y percepción) La física del sonido es la parte de la física que estudia cómo se produce, se transmite y se percibe el sonido. El sonido es una forma de energía que se produce cuando algo vibra. Por ejemplo, una campana un altavoz, una explosión o la voz humana; todas esas vibraciones crean ondas sonoras en el aire que viajan hasta los oídos, haciendo que los tímpanos vibren. Tu cerebro interpreta esas vibraciones como sonido, permitiendo escuchar lo que sucede a nuestro alrededor. Estas ondas sonoras consisten en cambios de presión en el aire. Cuando una fuente de sonido vibra, empuja y tira del aire a su alrededor, creando zonas de alta y baja presión que se propagan en todas direcciones. La velocidad del sonido varía según el medio en el que se propaga. Por ejemplo, viaja más rápido en el agua que en el aire. También depende de la temperatura y la composición del medio. La acústica es la rama de la física que se encarga del estudio del sonido y sus propiedades. Esta disciplina se centra en entender cómo se produce, se propaga y se percibe el sonido en diferentes entornos y medios, así como en el diseño y la manipulación de espacios acústicos para optimizar la calidad del sonido. La acústica abarca una amplia gama de fenómenos relacionados con el sonido, incluyendo la formación y la propagación de ondas sonoras, la reflexión, la absorción y la difracción del sonido en diferentes materiales y estructuras, así como la interacción del sonido con el entorno y los objetos. Esta disciplina tiene aplicaciones en diversas áreas, como la música, la ingeniería de audio, el diseño arquitectónico, etc. Dentro de la acústica, la electroacústica es un campo de estudio y aplicación que se encuentra en la intersección entre la electrónica y la acústica. Se centra en la conversión entre señales eléctricas y sonido, así como en la manipulación y procesamiento de señales acústicas mediante dispositivos electrónicos. En la electroacústica, se utilizan dispositivos y tecnologías para capturar, procesar, amplificar, transmitir y reproducir señales de audio. Esto incluye micrófonos para convertir el sonido en señales eléctricas, altavoces para convertir las señales eléctricas en sonido, así como amplificadores, procesadores de señal digital (DSP), mezcladores y otros equipos para manipular y controlar las señales de audio de diversas maneras. La electroacústica tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, incluyendo la música, el entretenimiento, la comunicación, la medicina, la ingeniería de audio, la sonorización de espacios, la grabación de sonido, la telefonía y la transmisión de datos, entre otros. Esta disciplina es fundamental para el diseño y funcionamiento de sistemas de sonido modernos en diferentes contextos y aplicaciones. Propagación del sonido en el medio (Acústica): Propagación del sonido en una instalación electroacústica: Electroacústica 3 Física del sonido (propagación y percepción) Ondas Sonoras Las ondas sonoras son vibraciones mecánicas que se propagan a través de un medio, como el aire, el agua o sólidos, y que producen la sensación auditiva del sonido. Estas ondas sonoras se generan cuando una fuente vibrante, como un altavoz o una cuerda de guitarra, hace vibrar las partículas del medio circundante. Las ondas sonoras consisten en zonas de compresión y rarefacción que se propagan a través del medio. En la zona de compresión, las partículas del medio se comprimen juntas, mientras que en la zona de rarefacción se separan. Estas variaciones de presión se transmiten a lo largo del medio, creando una sucesión de compresiones y rarefacciones que forman la onda sonora. La frecuencia de una onda sonora se refiere a la cantidad de ciclos de compresión y rarefacción que ocurren por unidad de tiempo, y se mide en hercios (Hz). Cuanto mayor sea la frecuencia, más agudo será el sonido, y cuanto menor sea, más grave será. Las ondas sonoras viajan a través del medio a una velocidad específica, que depende de las propiedades del medio, como la densidad y la elasticidad. En el aire, a temperatura ambiente, la velocidad del sonido es aproximadamente de 343 metros por segundo (m/s). Cuando las ondas sonoras llegan a los oídos, hacen vibrar el tímpano y otras estructuras del oído interno, lo que desencadena la percepción del sonido en nuestro cerebro. Las ondas sonoras también pueden ser captadas y convertidas en señales eléctricas por dispositivos como micrófonos, para su posterior procesamiento y reproducción en altavoces u otros dispositivos de audio. Magnitudes acústicas básicas Medio elástico: Un medio elástico es aquel, que posee la capacidad de restaurar la posición de equilibrio de sus moléculas, cuando estas experimentan un pequeño desplazamiento respecto a dicha posición. Por lo tanto, una onda acústica es la transmisión del movimiento de vibración de las partículas que forman un medio elástico. El frente de onda se define de onda como la superficie que contiene puntos que se encuentran en la misma fase de vibración. Según el estado en el que se encuentra el material la propagación de las ondas sonoras pueden ser de distintas maneras: En los materiales sólidos: Existen dos tipos de sólidos, los transversales donde el movimiento vibratorio es en dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda, y los longitudinales en los que el movimiento vibratorio se produce en la dirección de la propagación de la onda. En los fluidos: También existen dos tipos, uno son los líquidos cuyo ejemplo típico sería la piedra que cae al agua, la onda se transmite de forma transversal, y los gases, el más normal es el aire, donde la onda se transmite de forma longitudinal. Variables físicas de la onda sonora Presión sonora: Es la magnitud que mide las variaciones de presión que experimenta un medio debido a la propagación de una onda sonora. Se expresa en pascales (Pa) o en su unidad relativa, el decibelio de presión (dB SPL). Intensidad sonora: Es la cantidad de energía sonora que atraviesa una unidad de área por unidad de tiempo. Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m²) o en su unidad relativa, el decibelio de intensidad (dB IL). Periodo T: Es el tiempo que tarda en repetirse una señal. Electroacústica 4 Física del sonido (propagación y percepción) Frecuencia F: Frecuencia: Es el número de ciclos que ocurren por segundo en una onda sonora. Se mide en hercios (Hz) y determina el tono del sonido (grave o agudo). o Sonido: 20 Hz - 20 KHz (Rango audible por el oído humano). o Ultrasonidos: f > 20 KHz. o Infrasonidos: f < 20 Hz. Cuando hay rayos en una tormenta vemos el relámpago prácticamente al instante, pero el trueno lo oímos con retraso, esto permite calcular la distancia a la que cayó el rayo. Los murciélagos emiten y perciben ultrasonidos. Y los elefantes infrasonidos. Velocidad del sonido: Es la velocidad a la que se propagan las ondas sonoras a través de un medio. Se expresa en metros por segundo (m/s) y varía según las propiedades del medio, como la temperatura y la densidad. En el aire, a 0º C y 50% de humedad relativa, c = 331'6 m/s, a temperatura de 20º C, c = 343 m/s. La siguiente tabla maestra la velocidad del sonido en distintos medios: Electroacústica 5 Física del sonido (propagación y percepción) Longitud de onda (Lambda λ): Es la distancia entre dos puntos consecutivos en una onda sonora que están en fase, es decir, en el mismo punto de su ciclo. Se mide en metros (m) y está relacionada con la frecuencia y la velocidad del sonido en el medio. Coincide con la distancia recorrida por la onda en un periodo. Entre la velocidad sonora, la longitud de onda, su periodo y su frecuencia se da la siguiente relación: Siendo: o V= velocidad de propagación en el medio o F= Frecuencia Campo acústico Las magnitudes básicas que determinan un campo acústico son: Presión acústica Llamamos presión acústica, a las variaciones de presión atmosférica que determinan una onda sonora generada por una fuente acústica. Ejemplo, no sonarán con el doble de potencia dos flautas en lugar de una, sino su raíz cuadrada √2= 1,414. Para duplicar la potencia de 4 violines hay que aplicarle el cuadrado 42 =16. Se mide también en Pascales (Pa). También se puede explicar cómo el incremento de la presión total por la propagación de una onda acústica respecto a la presión estática. La presión, como magnitud genérica, se puede entender como la fuerza ejercida por unidad de superficie. Se mide en Newton/m² y a esta unidad se le denomina Pascal (Pa). En meteorología se usan otros medidas múltiplos de esta que son el “bar” y la “atmósfera”. Ambas son del mismo orden de magnitud. La medida de una atmósfera surge al tomar como referencia de presión la fuerza por unidad de superficie que ejerce la atmósfera terrestre sobre la superficie de la tierra a nivel del mar y a 20º C. Presión estática Se mide en Pascales (Pa). Representa la presión existente en un medio cuando no hay onda acústica. 1atm=100.000 Pa (medidos a nivel del mar a 0º C). Presión acústica eficaz Se mide en Pascales eficaces (Pa RMS) (Root Means Square). Ya sólo depende del vector de posición (al tomar una magnitud “eficaz” desaparece el tiempo, igual que ocurría con tensión eficaz o intensidad eficaz en circuitos). Se define como el valor eficaz de la presión acústica instantánea. Electroacústica 6 Física del sonido (propagación y percepción) Nivel de presión sonora Se mide en dBSPL (Sound Presure Level) ó simplemente dB. Es una medida logarítmica de la presión eficaz. Como en todas las medidas logarítmicas, tendremos que fijar una referencia. En este caso la referencia será 20·µPa (10 pW/m²). Este valor tiene su razón de ser: es el umbral auditivo inferior para un tono de 1KHz en la mayoría de adultos de edad media. Un dato interesante sería ver cuál es el umbral de dolor del oído humano. Podríamos decir que se encuentra alrededor de los 20 Pa (10 W/m²). Este ejemplo refleja una de las mayores ventajas de trabajar con unidades logarítmicas que es la compresión del rango. Así mientras en niveles de presión eficaz nos encontrábamos trabajando con valores que podían oscilar entre los 20 µPa y los 20 Pa (separados seis órdenes de magnitud), con los dBSPL estaremos manejando valores que variarán a lo sumo entre 0dB y 120dB. Densidad estática e incremental La oscilación de las moléculas hace que la masa del elemento varíe, concentrándose al comprimirse en determinados puntos. Esta magnitud se puede expresar matemáticamente en función de la densidad estática más una pequeña variación de esta. Es lo que se denomina densidad incremental. Velocidad de propagación Es la velocidad a la que se propaga la energía de vibración. Hay que distinguir la velocidad de propagación de la velocidad de vibración. La velocidad de propagación se relaciona con la longitud de onda y con la frecuencia. Velocidad instantánea de vibración Es la velocidad a la que vibran las partículas de un medio debido a una onda acústica, se mide en m/s. Velocidad de vibración eficaz Es, como siempre que hablamos de un valor eficaz, la raíz cuadra del valor cuadrático medio de la magnitud a la que hace referencia y se mide en m/s. Impedancia específica y característica Se mide en Rayls. En general la impedancia será el cociente entre la Presión y el módulo de velocidad de vibración. La impedancia característica se puede poner en función de la impedancia específica si tomamos el caso particular en el que se propaga la onda plana libre progresiva (O.P.L.P). Electroacústica 7 Física del sonido (propagación y percepción) Intensidad acústica instantánea Sus unidades son W/m². Representa la cantidad de energía por unidad de tiempo (potencia) y por unidad de superficie que atraviesa en la dirección de propagación. En el aire se usa Iref = 10 pW/m² que es aproximadamente el umbral de audibilidad, la intensidad de un tono de 1000 Haz que es apenas percibido por una persona con audición normal. En el caso de que estemos trabajando con ondas longitudinales podemos asegurar que la intensidad varía en la dirección de la velocidad de vibración y por lo tanto también en la dirección de propagación. Intensidad acústica media Podemos definir la Intensidad acústica media como la media aritmética de todas las intensidades instantáneas. Nivel de intensidad Se mide en dB y representa le intensidad media expresada en unidades logarítmicas. La intensidad acústica es un rango muy grande, y además la percepción subjetiva que tenemos del volumen de un sonido es logarítmica, por lo que se define el Nivel de Intensidad, NI = 10 × Log (I/Iref). Si en el aire se propaga una onda plana libre y progresiva el nivel de presión sonora coincide numéricamente con el nivel de intensidad y es constante en cualquier punto del espacio. Nivel de potencia acústica Se mide también en dB y representa la potencia acústica media expresada en unidades logarítmicas. Velocidad de vibración Es muy distinto de lo que más tarde denominaremos velocidad de propagación. Y es la velocidad con la que las moléculas de un medio elástico son desplazadas del punto de equilibrio. Existen otros tipos de ondas que no son de vibración, como pueden ser las de torsión de medios sólidos, por lo tanto, para este tipo de ondas, sería necesario el conocimiento de dicha velocidad angular de torsión para poder determinar íntegramente estos campos. Clasificación de las ondas acústicas Según el frente de onda se pueden clasificar en: Ondas planas. Son aquellas cuyo frente de onda es plano y cuyos rayos son paralelos entre sí. Ondas esféricas. Son aquellas cuyos frentes de onda son esféricos y concéntricos a un punto denominado “foco” (F). Electroacústica 8 Física del sonido (propagación y percepción) Ondas cilíndricas. Son aquellas cuyos frentes de onda tienen forma cilíndrica y se centran en una recta llamada “foco lineal” (FL). Según la existencia de obstáculos: Sin obstáculos: se denominan ondas libres. Con obstáculos: En contraposición a las anteriores se denominan ondas no libres. El fenómeno de la reflexión y de la refracción consiste en que las ondas acústicas se reflejan totalmente en los obstáculos rígidos que no vibran, y se reflejan parcialmente al cambiar de medio, que vibra con mayor o menor “facilidad”. En este caso la onda se transmite parcialmente, pero desviada, refractada. La variación progresiva de la temperatura y por tanto de la densidad del aire con la altura provoca una refracción continua que hace curvarse la trayectoria del sonido. La reflexión y refracción se interpretan mejor pensando en el sonido como rayos, aunque no es rigurosamente cierto físicamente hablando, es aplicable cuando el haz de ondas es muy direccional. Según el modo de propagación: Ondas Longitudinales: Su velocidad de vibración tiene la misma dirección que la velocidad de propagación. Se conocen como ondas “L” en la terminología de fenómenos sísmicos. Se propagan en cualquier estado de la materia (sólido, líquido o gas) y con una velocidad de propagación bastante alta. Ondas Transversales: Son aquellas cuya velocidad de propagación y de vibración son perpendiculares entre sí. No se propagan en los gases, sólo lo hacen en sólidos y líquidos viscosos. También se conocen como ondas “de corte” u ondas en “S” en la terminología de fenómenos sísmicos. Suelen tener menos velocidad de propagación que las longitudinales. Son ondas transversales las que recorren una cuerda tensa cuando la pulsamos, o las que se propagan por una alfombra cuando la sacudimos. Los puntos de la cuerda pulsada tienen un movimiento de vaivén, pero no se desplazan. La onda trasporta energía, no materia, y la perturbación que provoca en la cuerda es perpendicular a la dirección en que avanza el movimiento ondulatorio. Según dirección y sentido de propagación, si aplicamos esta distinción a ondas planas surgen dos tipos: Progresiva: Dirección de propagación recta en un sentido determinado. Electroacústica 9 Física del sonido (propagación y percepción) Regresiva: Es la onda que se propaga en la misma dirección y sentido contrario a la que hemos denominado progresiva. La superposición de una onda progresiva y otra regresiva con la misma frecuencia y dirección da lugar a la aparición de ondas estacionarias. Si hablamos de ondas esféricas podemos decir que hay: o Ondas convergentes. Se propagan hacia un punto concreto. o Ondas divergentes. Se propagan de un punto hacia fuera. Si se dan ambas ondas con el mismo foco y la misma frecuencia surgen, al igual que antes, ondas estacionarias. Se pueden definir, por último, los siguientes conceptos relacionados: Campo acústico difuso: Es aquel que en cualquiera de sus puntos la propagación es igual en todas las direcciones. Campo acústico frontal: Aquel que tiene una sola dirección. Estudio de la Onda Plana Longitudinal Libre y Progresiva (O.P.L.P): Estudio de la Onda Plana Longitudinal Libre y Progresiva (O.P.L.P): Se puede entender que este tipo de ondas se comportan igual si fijamos un t = t0 y recorremos el eje x que si fijamos una posición x = x0 y observamos cómo se comporta en el tiempo. Con esto se entiende que ë es el espacio que re corre la onda en un tiempo. Electroacústica 10 Física del sonido (propagación y percepción) Relación entre acústica y electricidad La siguiente tabla muestra las equivalencias entre magnitudes acústicas y eléctricas: Acústica Electricidad Intensidad I Potencia P Impedancia Z Impedancia Z Presión P Tensión V Velocidad U Intensidad I Tipos de ruido Se utilizan en audio digital, para ecualizar y ajustar sistemas de refuerzo sonoro, para medir aislamiento acústico o como señales de referencia Ruido blanco Es aquel que contiene todas las frecuencias del espectro audible con la misma intensidad. Ruido rosa Contiene todas las frecuencias del espectro audible y cuya intensidad va decreciendo -3dB en cada octava. Su nivel de presión sonora se caracteriza por una densidad espectral inversamente proporcional a la frecuencia. Electroacústica 11 El sonido El sonido Introducción El término sonido tiene un doble sentido, por un lado, se emplea en sentido subjetivo para designar la sensación que experimenta un observador cuando las terminaciones de su nervio auditivo reciben un estímulo. Pero también se emplea en sentido objetivo, para describir las ondas producidas por compresión del aire, que puede estimular el nervio auditivo de un observador. La acústica es la parte de la física y de la técnica que estudia el sonido en toda su plenitud, ocupándose así de su producción y propagación, de su registro y reproducción, de la naturaleza del proceso de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y del proyecto de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una perfecta audición. Como rama de la física, la acústica culmino su desarrollo en el s. XIX, gracias sobre todo a los trabajos de Hermann Helmholtz y de lord Raylaigh, y sus bases teóricas han permanecido prácticamente inalteradas desde finales de ese siglo. Sin embargo, desde el punto de vista técnico, a lo largo del s. XX los progresos de la acústica han sido constantes, especialmente por lo que se refiere a sistemas para el registro y la reproducción del sonido. Para comprender las características del sonido, primero se hará una pequeña introducción de sus parámetros y sus conceptos más básicos. El sonido es una secuencia de vibraciones de las partículas que forman el aire, las cuales se propagan a través del mismo, gracias a estas partículas del aire que se mueven, las vibraciones llegan a nuestros oídos. La audición en los seres humanos, ocurre siempre que una vibración, tenga una frecuencia comprendida entre unos 15 y 20.000 hercios, y su intensidad sea la suficiente para llegar al oído interno. Cuando las vibraciones pasan estos márgenes, se habla de ultrasonidos y no son perceptibles al ser humano. Las características del sonido se pueden medir y para ello se usa las unidades de hertzios (Hz) que miden la frecuencia de un sonido o sea cuantas veces vibra en un segundo, y los decibelios (dB) que mide la intensidad (amplitud) de una onda. El sonido se produce por la vibración de los cuerpos, la cual se transmite en forma de ondas sonoras a través del aire que los rodea y llega hasta nuestros oídos, que pueden así percibir el sonido original. Cualidades del sonido Las cualidades que caracterizan el sonido son la frecuencia, la amplitud, el timbre, la duración y la dirección o localización: Frecuencia: Es la medida de cuántas veces por segundo las ondas sonoras vibran en un medio. Se expresa en hercios (Hz). La frecuencia determina si un sonido es grave o agudo. Por ejemplo, un sonido de baja frecuencia (bajo número de Hz) se percibe como grave, mientras que un sonido de alta frecuencia (alto número de Hz) se percibe como agudo. Amplitud: Es la medida de la fuerza o la intensidad de las ondas sonoras. Se relaciona con la altura o el volumen del sonido. Cuanto mayor sea la amplitud, más fuerte será el sonido. Se mide en decibelios (dB). Timbre: Es la cualidad que nos permite distinguir entre diferentes fuentes sonoras, incluso si tienen la misma frecuencia y amplitud. Por ejemplo, podemos diferenciar entre el sonido de un piano y el de una guitarra tocando la misma nota. El timbre está determinado por la forma compleja de las ondas sonoras y las características únicas de cada fuente sonora. Duración: Es la medida de cuánto tiempo dura un sonido. Algunos sonidos son breves, como el golpe de un tambor, mientras que otros pueden ser continuos, como el zumbido de un Electroacústica 12 El sonido motor. Dirección o localización: Es la capacidad de percibir de dónde proviene un sonido en el espacio. Nuestro sistema auditivo utiliza diferencias en la intensidad y el tiempo de llegada del sonido a cada oído para determinar la dirección del sonido. Estas cualidades son fundamentales para describir y caracterizar los diferentes aspectos del sonido, y son utilizadas en campos como la música, la ingeniería de audio, la acústica y la psicoacústica para entender y manipular el sonido de manera efectiva. Hay muchas formas de generación de sonido: 1. Mediante instrumentos musicales. Los instrumentos musicales ilustran perfectamente la variedad de cuerpos cuya vibración puede dar origen a un sonido. 2. Existen muchos tipos de instrumentos musicales, de cuerda; en los instrumentos de cuerda, lo que vibran son las cuerdas del instrumento; de viento Esencialmente, en los instrumentos de viento, lo que vibra es la columna de aire contenida en el instrumento; de percusión; en los instrumentos de percusión lo que vibra es un diafragma o bien un objeto metálico (unos platillos, por ejemplo). 3. A través de la voz humana. Al articular las cuerdas vocales se generan los sonidos, que al unirse forman las palabras. 4. Los animales. 5. El viento, las olas, los ríos. 6. Las máquinas, los motores, un zumbador, una hélice, etc. La serie armónica Se puede hacer una división fundamental entre sonidos regulares e irregulares. A los sonidos irregulares los denominaremos ruido, y el uso y tratamiento expresivo de los sonidos regulares es lo que llamaremos música. Todos los sonidos de los instrumentos son sonidos complejos, es decir, sonidos formados por una frecuencia fundamental y una serie de sonidos armónicos. Aproximadamente, los sonidos de la serie armónica representan los elementos de la serie de Fourier que resulta al aplicar el análisis de Fourier a una forma de onda periódica. El timbre depende de la forma o de la complejidad de la onda sonora. Cada uno de los sonidos de la serie armónica es un componente del timbre o color del sonido representado por una nota cuya frecuencia es la del sonido fundamental. A los sonidos de la serie armónica, componentes del timbre, se les llama sonidos armónicos o simplemente armónicos, también se han denominado a veces sonidos parciales, alícuotas, acompañantes o concomitantes. Aquí se representa la serie de armónicos del sonido Do1 Electroacústica 13 El sonido Leyes de E. Schumann Se deben a E. Shumann las leyes que se enumeran a continuación, y que baso en sus experimentos. 1. Ámbito de formantes El timbre de los instrumentos viene determinado, independientemente de la altura del sonido fundamental, por un ámbito de frecuencias de alturas sonoras fijas, el llamado ámbito de formantes, el cual está configurado por sonidos parciales de diferentes intensidades. 2. Desplazamiento acústico Al aumentar la intensidad de un sonido, el máximo se desplaza a un nivel superior en el orden de los sonidos parciales. Por lo general, los componentes superiores se intensifican y los inferiores se debilitan. 3. Salto acústico En sonidos con dos ámbitos de formantes al pasar de una intensidad de piano a fortísimo el máximo pasa a su vez del ámbito inferior al superior. 4. Interválica Junto con la altura absoluta del ámbito de formantes y la intensidad de cada uno de los parciales, es decisivo para el timbre el intervalo que forman, independientemente de la altura de la fundamental, los sonidos parciales más intensos de uno y de otro ámbito. Electroacústica 14 El oído El oído El oído humano es un órgano complejo que permite percibir y procesar el sonido. Está compuesto por tres partes principales: el oído externo, el oído medio y el oído interno. También participa en el mantenimiento del equilibrio, se encuentra conectado con la vía aérea por la trompa de Eustaquio. El oído externo lo componen el pabellón auricular u oreja y el conducto auditivo externo. El oído medio es una cavidad ósea con una pared membranosa, el tímpano, sólo abierta hacia la vía aérea por la trompa de Eustaquio. Su función es recibir las vibraciones del aire (los sonidos) y transmitirlos al oído interno, donde se transformarán en estímulos nerviosos. En su interior se encuentra una cadena de huesecillos que permiten amplificar los sonidos. Son el martillo, el estribo y el yunque. El oído interno es donde los estímulos mecánicos se transforman en conducción nerviosa generando la percepción audible. Además, participa en el equilibrio La oreja recoge las ondas sonoras y las conduce por el conducto auditivo. Las ondas sonoras chocan contra el tímpano, que, como consecuencia, vibra. Las vibraciones se transmiten gracias a una cadena de los tres huesecillos. Las vibraciones pasan por la ventana oval y llegan al caracol, ya en el interior del oído interno. Allí las vibraciones se convierten en impulsos nerviosos, estos transcurren por el nervio acústico hasta el cerebro, donde son interpretados como sonidos. Las ondas sonoras, en realidad cambios en la presión del aire, son transmitidas a través del canal auditivo externo hacia el tímpano, en el cual se produce una vibración. Estas vibraciones se comunican al oído medio mediante la cadena de huesecillos y, a través de la ventana oval, hasta el líquido del oído interno. El movimiento de la endolinfa que se produce al vibrar la cóclea, estimula el movimiento de un grupo de proyecciones finas, similares a cabellos, denominadas células pilosas. El conjunto de células pilosas constituye el órgano de Corti. Las células pilosas o ciliadas se sitúan en el órgano de Corti que se asientan sobre la membrana basilar, siguiendo la estructura en espiral a lo largo de la misma. Alberga unas 15.000 células ciliadas en el humano; Estos receptores son sensibles a sonidos dentro de una gama de frecuencias entre 20 Hercios hasta unos 20 kHz en el humano joven. Los sonidos naturales integrados por muchas frecuencias se descomponen en cada una de ellas, que a su vez excitan la porción que les corresponde de células ciliadas ubicadas en la membrana basilar. Las células pilosas transmiten señales directamente al nervio auditivo, el cual lleva la información al cerebro. El patrón de respuesta de las células pilosas a las vibraciones de la cóclea codifica la información sobre el sonido para que pueda ser interpretada por los centros auditivos del cerebro. Electroacústica 15 El oído El rango de audición, igual que el de visión, varía de unas personas a otras. El rango máximo de audición en el hombre incluye frecuencias de sonido desde 16 hasta 28.000 ciclos por segundo. El menor cambio de tono que puede ser captado por el oído varía en función del tono y del volumen. Los oídos humanos más sensibles son capaces de detectar cambios en la frecuencia de vibración (tono) que correspondan al 0,03% de la frecuencia original, en el rango comprendido entre 500 y 8.000 vibraciones por segundo. El oído es menos sensible a los cambios de frecuencia si se trata de sonidos de frecuencia o de intensidad bajas. La sensibilidad del oído a la intensidad del sonido (volumen) también varía con la frecuencia. La sensibilidad a los cambios de volumen es mayor entre los 1.000 y los 3.000 ciclos, de manera que se pueden detectar cambios de un decibelio. Esta sensibilidad es menor cuando se reducen los niveles de intensidad de sonido. Sonoridad y nivel de sonoridad Las curvas de igual sonoridad representan valores de presión sonora a diferentes frecuencias que el oído humano interpreta como sonidos del mismo nivel sonoro. Electroacústica 16 Acústica de salas Acústica de salas El sonido en recintos. Parámetros básicos Todo sonido generado por una fuente sonora en el interior de un recinto cerrado sufre una serie de alteraciones por el simple hecho de estar encerrado, estas alteraciones son atribuibles a la estructura y materiales que forman dicha sala o recinto. El sonido “rebota”, se refleja en las paredes, suelo y techo. Parte de la onda incidente se absorbe, parte se refleja y parte es absorbida por los materiales. La acústica de salas se refiere al estudio y diseño de espacios interiores con el objetivo de optimizar la calidad del sonido dentro de esos recintos. Esto es importante en una variedad de contextos, como salas de conciertos, teatros, estudios de grabación, salas de conferencias, aulas y lugares de culto, entre otros. La acústica de salas busca controlar factores como la reverberación, la difusión, la absorción y la distribución del sonido dentro del espacio para crear condiciones acústicas ideales para la actividad que se lleva a cabo en ese lugar. Eco y reflexiones El eco es un fenómeno acústico producido cuando una onda se refleja y regresa hacia su emisor. Puede referirse tanto a ondas sonoras como a electromagnéticas. Cuando la onda sonora se refleja perpendicularmente en una pared o una montaña. Para que se produzca eco, la superficie reflectante debe estar separada del foco sonoro una determinada distancia: 17 m (el recorrido total de la onda será al menos de 34 m) para sonidos musicales y 11,34 m para sonidos secos, lo que se debe a la persistencia acústica. Se denomina persistencia acústica al fenómeno por el cual el cerebro humano interpreta como un único sonido dos sonidos diferentes recibidos en un corto espacio de tiempo. Para que el oído perciba dos sonidos como diferentes, ambos sonidos deben tener una diferencia entre sí de al menos 70 ms para sonidos secos (palabra) y 100 ms para sonidos complejos. Si consideramos que la velocidad del sonido es de 340 m/s, para que se perciban dos sonidos como distintos la diferencia entre el recorrido directo y el recorrido reflejado del sonido debe ser de al menos aproximadamente 34 metros. En el caso de que fuente y emisor estén muy cerca, esto implica que según la distancia al plano reflector. Por encima de 17 m tenemos eco, porque el oído capta el sonido original y el sonido reflejado como dos sonidos distintos. Por debajo de una décima de segundo o de 17 m tenemos reverberación. Reverberación y eco pueden coexistir si hay varios obstáculos a diferentes distancias. Generalmente en una sala hay muchas reflexiones. Por ello: La I total es más grande que sólo la directa. La dirección es más homogénea/difusa. Cuando cesa el sonido tarda en decaer. Tiempo de reverberación El tiempo de reverberación o T60 es el tiempo que tarda la señal sonora desde su punto de inicio hasta su disminución en 60dB, o el espacio de tiempo necesario que ha de trascurrir para que la intensidad del sonido se reduzca en una millonésima parte de su valor. Electroacústica 17 Acústica de salas El comportamiento del sonido en un recinto, bajo las condiciones anteriores, fue estudiado por Sabine, quien determinó que la siguiente ecuación caracteriza el fenómeno: Donde: RT = tiempo de reverberación. V = volumen del recinto en m3. A = Absorción total de la sala en m2 La absorción total (A) es igual a la suma de la absorción de cada una de sus superficies. A = S1+S2+S3+…Sn El coeficiente de absorción es la relación entre la energía que absorben los materiales y la energía de las ondas que inciden sobre ellos por unidad de superficie: Los coeficientes de absorción se encuentran entre 0 absorción nula y 1 absorción total. Una condición de reflexión uniforme es casi imposible de encontrar y Eyrin-Norris ante este problema formula la siguiente ecuación: S = Superficie interior del recinto. a = Coeficiente de absorción medio. Ln (1-a) = Logaritmo neperiano de la absorción media del recinto. Mellinton-Sette formulo una nueva expresión para el caso de recintos con distintos materiales de absorción. Resumiendo, para una buena acústica de sala lo fundamental será que su construcción y acondicionamiento sean casi perfectos en distribución acústica, para conseguir un campo sonoro difuso con un buen nivel de presión sonora. Este nivel de presión sonora, que es la suma de los campos directo y reverberante, viene expresado en la siguiente ecuación: Spl = Nivel de presión sonora. Nws = Nivel de potencia sonora. Q = Factor de direccionalidad de la fuente sonora. r = La distancia entre la fuente sonora y un punto de la sala. R= Es la constante de la sala y es igual a Electroacústica 18 Acústica de salas El código técnico de la edificación, en su apartado DB-HR, establece estos valores límite de tiempo de reverberación ara aulas, salas de conferencias y restaurantes/comedores: a) El tiempo de reverberación en aulas y salas de conferencias vacías (sin ocupación y sin mobiliario), cuyo volumen sea menor que 350 m3, no será mayor que 0,7 s. b) El tiempo de reverberación en aulas y en salas de conferencias vacías, pero incluyendo el total de las butacas, cuyo volumen sea menor que 350 m3, no será mayor que 0,5 s. c) El tiempo de reverberación en restaurantes y comedores vacíos no será mayor que 0,9 s. Para recintos de mayor volumen y diferentes usos, no existe valores límite de tiempo de reverberación, pero si recomendaciones: Ejemplos de salas de concierto de reconocido prestigio mundial: Carnegie Hall (Nueva York) 24.000 m3 1,70 seg. Metropolitan Opera House (Nueva York) 19.600 m3 1,80 seg. Grosser Musuik (Viena) 15.000 m3 2,50 seg. Musikhochschule (Berlín) 9.600 m3 1,65 seg. Philarmonie (Berlín) 26.000 m3 2,00 seg. Royal Festival Hall (Londres) 22.000 m3 1,47 seg. Royal Opera House (Londres) 12.300 m3 1,20 seg. La Scala (Milán) 11.200 m3 1,20 seg. Auditorio Manuel de Falla (Granada) 10.100 m3 1,80 seg. Auditorio Nacional (Madrid) 22.000 m3 2,00 seg. Y dentro de un largo etc. ninguna que se precie supera los 3 seg. de reverberación. Electroacústica 19 Acústica de salas Resonancias Se puede interpretar como una onda que avanza más que otra que retrocede (en el espacio libre desechábamos la reflejada, pero en un recinto si existe), pero si ambas son de igual amplitud también se puede interpretar como una onda estacionaria. Si hay 2 paredes enfrentadas sin absorción la onda regresiva se refleja y se convierte en progresiva y viceversa. Si la pared es perfectamente rígida de longitud L y no hay excitación pueden permanecer indefinidamente las frecuencias que hagan que el aire no se mueva en las paredes. En la práctica hay pérdidas. Si hay una fuente de sonido la amplitud es mayor a la frecuencia de resonancia. Acústica geométrica Cuando se puede asumir que las dimensiones del recinto son muy grandes comparadas con la longitud de onda del sonido podemos tratar el problema en la misma forma como se analiza la luz, mediante geometría, esto se puede observar en las siguientes figuras: El análisis por trazado de rayos es una técnica de gran valor para detectar problemas en grandes locales como por ejemplo teatros o salas de conciertos. Se realiza utilizando la misma técnica que se utiliza con la Luz, esto es, suponiendo que las reflexiones que ocurren son especulares. Por lo anterior tenemos que un recinto puede ser analizado mediante Acústica geométrica para las longitudes de ondas pequeñas con respecto a las dimensiones del local, mientras que para longitudes de onda de órdenes de magnitud similares a las dimensiones del local deben analizarse los modos de resonancia que se producen. Electroacústica 20 Acústica de salas Acústica de grandes recintos En la medida que se tiene un recinto muy grande con respecto a las longitudes de onda del sonido se tendrían un número muy elevado de reflexiones en un tiempo corto, lo cual complicaría el análisis, por lo cual se utilizan técnicas estadísticas siendo el cálculo de la reverberación la más importante. Uno de los factores más importantes para caracterizar la respuesta sonora de un ambiente es el efecto de absorción de los materiales y muebles que contiene. Absorción acústica La absorción acústica consiste en la capacidad de un material para absorber energía sonora en lugar de reflejarla. Los materiales absorbentes se utilizan estratégicamente en las superficies de las salas para controlar la reverberación y reducir la propagación del sonido no deseado. Cuando las ondas sonoras impactan en un material absorbente, en lugar de rebotar de vuelta al espacio, parte de la energía sonora es absorbida por el material. Esta energía se convierte en vibraciones internas o se disipa en forma de calor, lo que reduce la cantidad de sonido que se refleja en la sala. Como resultado, se reduce la reverberación y se mejora la claridad del sonido en el espacio. Los materiales absorbentes acústicos pueden tener diferentes propiedades y estructuras que determinan su eficacia para absorber el sonido. Algunos materiales, como la lana mineral, la fibra de vidrio, la espuma acústica y los paneles perforados, son especialmente diseñados para maximizar su capacidad de absorción acústica. Estos materiales se utilizan estratégicamente en las superficies de las salas para controlar la acústica y crear condiciones sonoras óptimas para diferentes aplicaciones, como conciertos, conferencias, grabaciones de estudio, entre otros. El coeficiente de absorción acústica es una medida que indica la capacidad de un material para absorber el sonido en lugar de reflejarlo. Se expresa como un valor entre 0 y 1, donde 0 indica una reflectividad total (ninguna absorción) y 1 indica una absorción total (ninguna reflexión). Este coeficiente se utiliza para caracterizar la eficacia de un material absorbente en diferentes frecuencias de sonido. Por lo general, se realiza una medición del coeficiente de absorción acústica en diferentes bandas de frecuencia para tener una idea completa de cómo el material responde a diferentes rangos de sonido. Los coeficientes de absorción acústica de los materiales varían según factores como la densidad del material, su grosor, su estructura porosa y su composición. Por ejemplo, materiales como la fibra de vidrio y la lana mineral tienden a tener coeficientes de absorción más altos en una amplia gama de frecuencias, mientras que otros materiales pueden ser más selectivos en la frecuencia. Es importante tener en cuenta que el coeficiente de absorción acústica de un material no es una medida absoluta de su capacidad para mejorar la acústica de un espacio, ya que otros factores como el diseño de la sala, la distribución del material y la geometría del entorno también juegan un papel importante en la eficacia acústica general. El comportamiento absorbente de un material no depende solo de su constitución sino, también de su forma, geometría y de su instalación y montaje. En la siguiente tabla tenemos los coeficientes de absorción de un grupo de materiales típicos para la construcción de salas. Electroacústica 21 Acústica de salas Los materiales absorbentes por sus características se clasifican en: Disipativos o porosos (abiertos y cerrados), Fibras minerales y textiles. Membranas tensadas, espumas y resonadores de Helmholtz. Los materiales porosos disipan la energía acústica transformándola en calor. El máximo rendimiento es en las frecuencias agudas. Ejemplo, fibras de vidrio, lana mineral, espumas sintéticas, corcho etc. Las membranas resonadoras o elásticos transforman la energía acústica en mecánica. El máximo rendimiento se consigue en frecuencias bajas. Ejemplo, láminas de plástico o contrachapados, tablex, chapa de aluminio etc. Los resonadores de Helmholtz disipan el sonido al hacer este oscilar el aire contenido en las cavidades del material. La mayor absorción de los resonadores de Helmholtz se consigue en la frecuencia: o c = Velocidad del sonido. o S = Sección del cuello de la cavidad en m3. o l = Longitud del cuello en m. o V = Volumen de la cavidad en m3. Electroacústica 22 Acústica de salas Recomendaciones para una absorción efectiva Los materiales absorbentes se deben aplicar a las superficies que contribuyan a una reverberación excesiva, produzcan ecos audibles o enfoquen la energía sonora. Recordar que doblar la absorción reduce la reverberación a la mitad. No se deben usar materiales absorbentes en aquellas superficies que deben producir reflexiones útiles (menos de 50 ms de retardo), en especial en los auditorios y salones de clase. Sonido directo El sonido directo en un recinto se refiere al sonido que viaja directamente desde la fuente sonora hacia el oyente sin ser reflejado por las superficies de la sala. Este sonido viaja en línea recta desde la fuente al oyente y llega antes que cualquier sonido reflejado, lo que lo hace percibido como el sonido más claro y fuerte en el recinto. El sonido directo es importante porque contribuye a la inteligibilidad del habla y a la claridad de la música en un entorno. En una sala bien diseñada, se busca maximizar la proporción de sonido directo en relación con el sonido reflejado y difuso para garantizar una experiencia auditiva óptima para los oyentes. Para lograr esto, se pueden tomar medidas como colocar la fuente sonora en una posición estratégica con respecto al público, utilizar materiales reflectantes y absorbentes de sonido en las superficies de la sala para controlar la reflexión y la reverberación, y optimizar la distribución de los altavoces y micrófonos en el espacio. En resumen, el sonido directo en un recinto es esencial para una experiencia auditiva clara y nítida, y su control y gestión adecuados son fundamentales en el diseño acústico de cualquier espacio. Inteligibilidad La inteligibilidad del habla en un recinto se refiere a la capacidad de entender claramente el mensaje verbal comunicado dentro de ese espacio. La inteligibilidad del habla es fundamental en una variedad de situaciones, como en salas de conferencias, aulas, lugares de culto, teatros y otros entornos donde la comunicación verbal es importante. Cuando la inteligibilidad del habla es alta, las personas pueden entender con claridad y precisión lo que se está diciendo, lo que mejora la eficacia de la comunicación y la experiencia del oyente. El nivel de sonido, de ruido de fondo, la reverberación de un recinto y los materiales absorbentes o reflectantes de los paramentos afectan a los índices de inteligibilidad; a mayor reverberación, peor inteligibilidad. Existen varios índices y métricas utilizados para cuantificar y evaluar la inteligibilidad del habla en diferentes contextos. Algunos de los índices más comunes son: 1. Índice de Entendimiento del Habla (STI): El Índice de Entendimiento del Habla (Speech Transmission Index, STI) es una medida objetiva de la inteligibilidad del habla en un sistema de comunicación. Se calcula analizando la relación entre la señal de habla y el ruido de fondo, así como la degradación causada por la propagación del sonido y la respuesta del sistema. El STI se expresa como un valor entre 0 y 1, donde 1 representa una inteligibilidad perfecta. 2. Índice de Articulación (AI): El Índice de Articulación (Articulation Index, AI) es una medida que indica la cantidad de información del habla que se transmite con claridad a través de un sistema de sonido. Se calcula teniendo en cuenta la energía espectral de la señal de habla y el ruido de fondo, así como la respuesta del sistema. El AI se expresa como un porcentaje, donde el 100% representa una inteligibilidad perfecta. 3. Índice de Entendimiento del Habla Modificado (STIM): El Índice de Entendimiento del Habla Modificado (Modified Speech Transmission Index, STIM) es una versión modificada del STI que tiene en cuenta ciertos factores adicionales, como la ubicación de la fuente sonora y la distribución espacial del sonido en el recinto. Se utiliza principalmente en el diseño de sistemas Electroacústica 23 Acústica de salas de sonido en recintos con condiciones acústicas desafiantes. 4. Índice de Claridad del Habla (C50): El Índice de Claridad del Habla (Speech Clarity Index, C50) es una medida que indica la relación entre la energía sonora directa y la energía sonora reverberante en un recinto. Se calcula midiendo la relación de energía entre los primeros 50 milisegundos de la señal de habla y el sonido reverberante posterior. Un valor más alto de C50 indica una mejor claridad del habla. La inteligibilidad se puede determinar mediante softwares de simulación especializados que pueden realizar análisis detallados de la respuesta acústica de un recinto y calcular métricas de inteligibilidad del habla. Estos programas pueden utilizar datos recopilados a través de micrófonos y equipos de medición para generar informes detallados sobre la calidad del sonido en un espacio dado. También se puede evaluar utilizando analizadores de audio y de respuesta al impulso, dispositivos que pueden medir diferentes características del sonido, como la intensidad, la frecuencia y la claridad. Algunos analizadores de audio están equipados con funciones específicas para evaluar la inteligibilidad del habla en un recinto, como la capacidad de calcular índices de inteligibilidad y proporcionar visualizaciones gráficas de la respuesta de frecuencia del sonido. Para la medición de la inteligibilidad de la voz, se reproduce una señal acústica especial (la señal de prueba STIPA) y se analiza simultáneamente la calidad de la señal recibida en diferentes puntos de medición. La norma IEC 60268-16 describe cómo evaluar los cambios en la señal transmitida y define la conversión a la escala STI de 0 (incomprensible) a 1 (perfectamente comprensible). Las unidades de medida son STI (“Speech Transmission Index”) o CIS (“Common Intelligibility Scale”). La señal de prueba de STIPA se basa en el ruido rosa, que se adapta al nivel de la voz humana en las bandas de octava de 125 Hz a 8 kHz y se modula de forma sinusoidal. Estas modulaciones en este Electroacústica 24 Acústica de salas rango imitan el habla con sus típicas fluctuaciones de intensidad. Sin embargo, la señal de prueba de STIPA no suena como una voz humana, sino como un ruido rosa. Soluciones para el control acústico Para poder controlar la acústica de una sala es necesario calcular, diseñar e instalar materiales absorbentes para reducir o disminuir las reflexiones y con ello el tiempo de reverberación. Pero a veces no basta con tener en cuenta los coeficientes de absorción de las superficies ya que éstos, por lo general, sirven para resolver problemas frecuenciales de banda ancha y en ocasiones los problemas son en una banda de frecuencia estrecha. A continuación, se detallan las condiciones de diseño de algunos dispositivos. Paneles absorbentes 1. Paneles acústicos absorbentes de pared: Instalar paneles acústicos en las paredes puede ayudar a reducir la reverberación y mejorar la calidad del sonido en la sala. Estos paneles pueden estar hechos de materiales absorbentes como la fibra de vidrio o la lana mineral, y vienen en una variedad de formas y tamaños para adaptarse al diseño estético de la sala. 2. Paneles acústicos suspendidos del techo: Colocar paneles acústicos suspendidos del techo puede ayudar a controlar la reverberación en la parte superior de la sala y evitar que el sonido rebote hacia abajo. Estos paneles también pueden ser absorbentes o difusores, dependiendo de las necesidades acústicas específicas de la sala. 3. Tratamiento de esquinas con trampas de graves: Las esquinas de una sala suelen ser puntos críticos donde se acumula el sonido y se producen problemas de graves. Instalar trampas de graves en las esquinas puede ayudar a absorber el exceso de energía en esas áreas y mejorar la claridad del sonido en toda la sala. Ejemplos de paneles absorbentes: Difusores de sonido Uno de los problemas más importantes a resolver en las salas de música consiste en la creación de un campo sonoro muy difuso, esto es, que el sonido sea envolvente. Para esto es necesario evitar, en lo posible, las reflexiones especulares en algunos lugares. En los teatros y recinto similares la difusión se logra mediante balcones, estatuas, adornos, etc. pero esto resultaría muy costoso y poco estético para los patrones actuales. Por ello se han diseñado dispositivos de dispersión controlada los cuales se basan en paneles de ciertas geometrías. A partir de una extensa evaluación subjetiva de salas de conciertos, se encontró que la diferencia biaural de las señales que llegan a los oídos estaba altamente correlacionada con los datos de preferencia subjetiva. La similaridad Biaural (o Coherencia interaural) se define como el valor pico de la función de correlación de los primeros 80 ms de la respuesta impulsiva dentro de una diferencia de retardo interaural de 1 ms. La diferencia biaural es el negativo de la similaridad Biaural. Todo esto implica que el sonido que llega en el plano medio del oyente es perjudicial para la preferencia subjetiva ya que, al recibir por igual las ondas de presión sonora en ambos oídos, se produce un efecto “Monofónico” en lugar del agradable “Estéreo”. Electroacústica 25 Acústica de salas Estos resultados también se correlacionaron fuertemente con aspectos físicos de la sala: mientras más altas eran, mayor era la preferencia, ya que el oyente recibía una mayor cantidad de reflexiones laterales tempranas. En la actualidad no resulta conveniente la construcción de salas con techos altos y paredes laterales cercanas por múltiples razones. Estas salas tendrían un aforo limitado, lo cual no está acorde con la masificación de los espectáculos y con el rendimiento económico de los mismos. La masa de aire suspendida sobre los espectadores tenía como función, en las salas antiguas, de servir como ecualizador de temperatura en tiempos donde no se tenía aire acondicionado. En la actualidad produciría un esfuerzo costoso e innecesario en los sistemas de aire acondicionado al tener que enfriar un volumen de aire mayor del requerido. Las salas actuales suelen construirse para una gran variedad de espectáculos, no solo para música clásica, sino que, por razones económicas, deben servir para teatros, ballet, reuniones políticas, congresos, conferencia, óperas, musicales modernos, rock, jazz, elecciones de reinas de belleza, etc., y para todo esto hace falta un espacio muy amplio, tanto acústico como visual, que no tienen las salas antiguas. Para aumentar la diferencia biaural en las salas modernas podría pensarse en la absorción de las señales que inciden en el techo, pero esto, en salas de grandes dimensiones constituirían un enorme despilfarro de energía acústica. La solución correcta es la de redireccionar la energía sonora de manera que llegue directa o indirectamente en forma lateral al oyente. A partir de estos requerimientos el Profesor M. R. Schroeder desarrolló una estructura cuya superficie produce una excelente difusión del sonido en un gran intervalo de frecuencias. El objetivo básico planteado es el de obtener una superficie capaz de reflejar una onda incidente en todas direcciones, para lo cual supongamos que tenemos una estructura como la indicada en la figura Como se puede observar consiste en una serie de rendijas. Cada rendija se comporta como una fuente sonora, pero con un retardo igual al doble de su profundidad, luego el problema se limita a encontrar cual debe ser la secuencia de profundidades para que el patrón de difracción de la estructura sea lo más uniforme posible. La siguiente imagen muestra la estructura básica de un difusor de sonido tipo Schroeder “VN DRC 7 Ejemplos de difusores: Electroacústica 26 Sistemas de refuerzo sonoro Sistemas de refuerzo sonoro Los sistemas de refuerzo sonoro, también conocidos como sistemas de sonido o sistemas de PA (Public Address), desempeñan un papel fundamental en la amplificación y distribución del sonido en una amplia variedad de entornos, desde salas de conferencias y auditorios hasta estadios deportivos y conciertos multitudinarios. Estos sistemas están diseñados para garantizar que el sonido sea claramente audible para todos los presentes, sin importar el tamaño del espacio o la naturaleza del evento. El propósito principal de un sistema de refuerzo sonoro es amplificar el sonido de las fuentes de audio, como micrófonos, instrumentos musicales o reproductores de música, y distribuirlo a través de altavoces estratégicamente ubicados en el espacio. Esto permite que la audiencia escuche claramente lo que se está diciendo, interpretando o reproduciendo, ya sea un discurso, una presentación, música en vivo o cualquier otro tipo de contenido sonoro. Los sistemas de refuerzo sonoro constan de varios componentes clave que trabajan en conjunto para lograr su objetivo. En primer lugar, están los micrófonos, que capturan el sonido en su fuente original y lo convierten en señales eléctricas. Estas señales se envían a un mezclador de audio, que combina y mezcla múltiples fuentes de audio y permite ajustar el volumen, la ecualización y otros parámetros de cada canal de entrada. Una vez mezclada la señal, pasa a través de procesadores de señal que aplican efectos de procesamiento de señal, como ecualización, compresión, reverberación y limitación, para mejorar la calidad del sonido y controlar su dinámica. Posteriormente, la señal procesada se amplifica mediante amplificadores de potencia, que aumentan su nivel de volumen y la envían a los altavoces. Los altavoces son componentes fundamentales de un sistema de refuerzo sonoro, ya que convierten la señal eléctrica amplificada en sonido audible. Existen diferentes tipos de altavoces, como altavoces de columna, de techo, de pared, monitores y subwoofers, cada uno con sus propias características y aplicaciones específicas. La disposición y ubicación de los altavoces en el espacio son cruciales para garantizar una cobertura uniforme y una buena calidad de sonido en todas las áreas. Finalmente, la señal de audio se distribuye a través de un sistema de distribución de señal, que enruta la señal desde los mezcladores y procesadores hasta los amplificadores y altavoces. Esto puede incluir cables, conectores, splitters, amplificadores de distribución y paneles de parcheo, entre otros elementos. En una cadena de reproducción y grabación sonora se trabaja con señales eléctricas que representan sonidos. Estos sonidos, son variaciones de presión que tienen que ser convertidas en señales eléctricas antes de entrar en la cadena de sonido, y posteriormente al ser reproducidos. Un dispositivo que realiza una transformación, de magnitud física a una magnitud eléctrica, es lo que se denomina un transductor. Los transductores más típicos dentro del mundo de la audiofrecuencia son los micrófonos, que convierten ondas de presión sonora en señales eléctricas y los altavoces, que convierten señales eléctricas en ondas de presión sonora. Electroacústica 27 Altavoces Altavoces Los altavoces son dispositivos electromecánicos esenciales en la reproducción del sonido. Desde su invención a finales del siglo XIX, los altavoces han evolucionado significativamente en términos de diseño, tecnología y aplicaciones, desempeñando un papel fundamental en una amplia variedad de dispositivos y sistemas de audio, desde sistemas de entretenimiento en el hogar hasta equipos de sonido profesional utilizados en conciertos y eventos en vivo. La función principal de un altavoz es convertir señales eléctricas en vibraciones mecánicas que generan ondas de presión en el aire, produciendo así sonido audible para el oído humano. Esto se logra a través de un proceso complejo que implica la interacción entre diferentes componentes y principios físicos. En primer lugar, tenemos el transductor, que es el componente principal del altavoz responsable de convertir la energía eléctrica en energía acústica. El transductor está compuesto por una bobina móvil, que está conectada a la membrana o cono del altavoz, y un imán permanente. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la bobina móvil, esta se mueve dentro del campo magnético del imán, lo que hace que la membrana o cono vibre y genere ondas de sonido en el aire. La membrana o cono del altavoz juega un papel crucial en la reproducción del sonido, ya que es la parte del altavoz que efectivamente desplaza el aire para crear las ondas de sonido. La forma, el tamaño y el material de la membrana pueden variar según el diseño del altavoz y sus características de rendimiento. Además del transductor, los altavoces también pueden incluir otros componentes importantes, como el conjunto de suspensión (que sostiene la bobina móvil en su lugar y permite su movimiento), la caja o recinto del altavoz (que ayuda a controlar las características de sonido y proporciona un medio para montar el altavoz), y los sistemas de filtro de cruce (que dividen la señal de audio en diferentes frecuencias y las dirigen a los componentes adecuados del altavoz). Existen una amplia variedad de tipos de altavoces, cada uno con sus propias características y aplicaciones específicas. Algunos de los tipos más comunes incluyen altavoces de rango completo, altavoces de agudos (tweeters), altavoces de medios (midrange), altavoces de graves (woofers) y subwoofers. Además, los altavoces pueden clasificarse según su diseño de recinto (de suelo, de montaje en pared o de techo) y su configuración de conexión (como altavoces pasivos o altavoces activos). Clasificación según su principio de funcionamiento La clasificación de los altavoces según su principio de funcionamiento abarca una variedad de tecnologías y diseños que influyen en su rendimiento, características y aplicaciones. A continuación, exploraremos diferentes tipos de altavoces según su principio de funcionamiento: Altavoces de bobina móvil Los altavoces de bobina móvil son el tipo más común y ampliamente utilizado de altavoces. Funcionan mediante el movimiento de una bobina móvil dentro del campo magnético de un imán permanente. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la bobina móvil, esta se convierte en un electroimán que es atraído o repelido por el imán permanente, lo que hace que la bobina se mueva hacia adelante y hacia atrás. Esta vibración se transmite a un cono de papel u otro material similar que está conectado a la bobina móvil, generando ondas de sonido en el aire. Los altavoces de bobina móvil son versátiles y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde sistemas de audio para el hogar y automóviles hasta equipos de sonido profesional y de conciertos. Altavoces de electrostáticos Los altavoces electrostáticos utilizan un principio de funcionamiento diferente al de los altavoces de Electroacústica 28 Altavoces bobina móvil. En lugar de una bobina móvil y un imán permanente, los altavoces electrostáticos tienen una membrana delgada suspendida entre dos placas cargadas eléctricamente. Cuando se aplica una señal de audio a las placas, la membrana se mueve hacia adelante y hacia atrás en respuesta a los cambios en el campo eléctrico, generando sonido. Los altavoces electrostáticos son conocidos por su reproducción de sonido excepcionalmente clara y detallada, especialmente en las frecuencias altas y medias. Sin embargo, tienden a ser más costosos y menos comunes que los altavoces de bobina móvil debido a su diseño y fabricación más complejos. Altavoces piezoeléctricos Los altavoces piezoeléctricos utilizan cristales piezoeléctricos que se deforman cuando se les aplica una corriente eléctrica, generando vibraciones acústicas. Estas vibraciones se transmiten a un diafragma o membrana que produce sonido. Los altavoces piezoeléctricos son conocidos por su eficiencia energética y su capacidad para producir sonidos agudos y de alta frecuencia. Se utilizan comúnmente en aplicaciones donde se requiere una reproducción de sonido de alta frecuencia, como tweeters en sistemas de audio para automóviles, altavoces de megáfonos y sistemas de alarma. Altavoces magnetoestrictivos Los altavoces magnetoestrictivos funcionan mediante el principio de magnetostricción, que implica el cambio en la longitud de un material cuando se aplica un campo magnético. Estos altavoces utilizan este principio para generar vibraciones mecánicas que producen sonido. Aunque no son tan comunes como otros tipos de altavoces, se utilizan en algunas aplicaciones especializadas, como en sistemas de ultrasonido médico y equipos de inspección por ultrasonido. Cada tipo de altavoz tiene sus propias ventajas y limitaciones, y la elección del tipo adecuado dependerá de las necesidades específicas de la aplicación, las preferencias del usuario y el entorno acústico en el que se utilizará. Es importante tener en cuenta factores como la calidad del sonido, la eficiencia energética, el rango de frecuencias y el presupuesto al seleccionar altavoces para una aplicación específica. Los más comunes y más ampliamente utilizados son los altavoces dinámicos, de bobina. Cuando la tensión de la señal eléctrica aplicada a la bobina es positiva, el diafragma del altavoz se desplaza hacia el exterior, mientras que, si la tensión es negativa, el sentido es el opuesto: hacia el interior del altavoz. Como es 1ógico, todos estos sistemas disponen de una serie de limitaciones como es la potencia máxima admisible y la presión máxima que pueden generar. El principio de funcionamiento de los altavoces dinámicos es sencillo: una corriente eléctrica atravesada perpendicularmente por un campo magnético es sometida a una fuerza proporcional a las magnitudes de ambos factores y con un sentido perpendicular a los anteriores. Electroacústica 29 Altavoces El altavoz electrodinámico se compone de: o Una bobina móvil por donde se hace circular la corriente con la señal portadora a reproducir. o Un imán para crear un campo magnético en la zona donde está la bobina móvil. El campo magnético debe ser intenso, cada vez se desarrollan materiales magnéticos más potentes (neodimio, por ejemplo), a veces también se usa un electroimán. o Un diafragma y/o domo unido a la bobina para mover una cantidad considerable de aire. Suspensión / sujeción interna y externa del diafragma para evitar movimientos laterales y dar la elasticidad deseada. o Carcasa rígida que se fijará para que se muevan solo la bobina y el diafragma. La limitación de potencia máxima que puede disipar un altavoz se debe a dos causas distintas. La primera es la generación de calor en la bobina del altavoz que, no olvidemos, está recibiendo un paso de corriente. Cuanto mayor es el desplazamiento del altavoz, mayor será la corriente que atraviesa la bobina. Existe una ley física, conocida como la Ley de Joule, que relaciona el paso de corriente por un conductor con una generación de calor, de modo que, a un paso mayor de corriente por un conductor, mayor generación de calor se produce. Si el valor de la corriente aumenta desproporcionadamente, se puede generar tal cantidad de calor que se puede fundir el esmalte que aísla las espiras de la bobina y destruirse. El altavoz se habrá quemado porque hemos superado la potencia máxima admisible. Pero hay otra causa que limita el nivel de corriente admisible por un altavoz, y es función del desplazamiento máximo que puede realizar el diafragma del altavoz. Recordemos que el diafragma se encuentra suspendido en un punto de equilibrio con la ayuda de una suspensión. Cuando se le aplica una señal eléctrica a la bobina, que se encuentra pegada solidariamente al diafragma, el conjunto se desplaza de la posición de equilibrio. Lógicamente el recorrido dispone de un punto máximo ya que la suspensión se alarga junto con el diafragma en su viaje hacia el exterior del sistema. Si este punto se supera, se romperá la suspensión y con ella el altavoz. De los dos factores que limitan la potencia máxima admisible por un altavoz hay que seleccionar el valor más restrictivo. Por ejemplo, si un altavoz admite una potencia máxima en la bobina de 100 vatios, esto es, que es capaz de disipar hasta 100 vatios en forma de calor, y el diafragma llega al recorrido total del desplazamiento posible con 50 vatios, la potencia máxima del altavoz será de 50 vatios. Si por el contrario el recorrido total del desplazamiento se produce cuando se aplica una señal eléctrica de 200 vatios, la limitación global la impondrá la capacidad de disipar energía de la bobina, que como ya hemos mencionado anteriormente es de 100 vatios. Electroacústica 30 Altavoces La potencia máxima admisible y el nivel de presión sonora La relación entre la potencia máxima admisible de un altavoz y el nivel de presión sonora que puede generar es inexistente. Un altavoz puede disponer de un valor muy elevado de potencia máxima admisible y generar un nivel de presión sonora muy reducido, o por el contrario ser ensordecedor. No depende de la potencia máxima admisible. El sonido generado por un altavoz proviene del desplazamiento del diafragma. Éste, que produce una onda de presión. Cuanto mayor sea el valor de la presión instantánea producida por el cono, mayor será la sensación de volumen que podremos percibir. La presión sonora generada depende de la aceleración que pueda imprimir el altavoz al diafragma y del desplazamiento máximo que pueda tener asociado dicho diafragma. La aceleración del diafragma la impone el imán del altavoz. Por lo tanto, cuanto mayor sea el campo magnético que atraviese la bobina, mayor será la fuerza ejercida para la misma cantidad de corriente por la bobina. A un altavoz con un gran imán hay que suministrarle menos corriente para producir el mismo volumen sonoro. Como consejos generales, buscar altavoces como un generoso imán y, dependiendo de la aplicación que se les vaya a dar, con una suspensión más o menos blanda. El altavoz electrostático El altavoz electrostático es más costoso de producir que un altavoz del tipo dinámico, por lo que este tipo de sistemas se destinan principalmente a entornos de elevado coste. El principio físico por el que funcionan es mucho más sencillo de entender que el de los sistemas dinámicos: las cargas de igual signo se repelen y las de distinto signo se atraen. Básicamente consiste en dos placas metálicas perforadas, colocadas paralelamente, y que contienen una tercera plancha, ésta mucho más delgada que las anteriores, a modo de diafragma. En algunas ocasiones este diafragma se construye de forma que pese menos que la columna de aire que va a desplazar. Un altavoz electrostático se compone de dos placas metálicas y de un diafragma que produce las ondas sonoras. Este tipo de sistemas suele tener precios abultados debido en parte a las complejas técnicas de fabricación involucradas. Las dos placas principales se polarizan con una tensión muy elevada de forma que la fuerza generada sea también muy elevada. En el diafragma se conecta la señal eléctrica de audiofrecuencia que se desea convertir a señales sonoras y se amplifica en tensión hasta alcanzar hasta los 500 voltios. De esta forma, si la tensión es positiva el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada con una tensión negativa, mientras que, si la tensión es negativa, el diafragma se desplaza hacia la placa polarizada con una tensión positiva. Electroacústica 31 Altavoces El altavoz de cinta El altavoz de cinta se basa en un principio similar al del sistema dinámico, pero con importantes diferencias a la hora de implementado físicamente. La principal diferencia es que el propio conductor y portador de la señal de audiofrecuencia es el diafragma que va a producir las ondas sonoras. Por lo tanto, se intenta aumentar la superficie eficaz del sistema construyendo conductores en forma de cinta, esto es, anchos y muy delgados. Un altavoz de cinta se basa en el mismo principio de funcionamiento que los sistemas dinámicos, pero es el propio conductor el responsable de la creación sonora. La ventaja de este tipo de sistemas es que la masa en movimiento es muy inferior al de los sistemas dinámicos, aunque cuentan con una serie de problemas añadidos que limitan el uso de esta tecnología en sistemas de elevado coste, también al ser tan estrecha permite que el campo magnético sea más potente. Se ponen varias cintas en paralelo ajustadas a distintas frecuencias. Otros tipos de altavoz Piezoeléctricos, se usan para agudos, por su rigidez y poca inercia, incluso para ultrasonidos. Los elementos más empleados son la Sal de Rochelle, cerámicas (Titanato de bario), polímeros (Fluoruro de polyvinylidin, PVF). De panel, el decaimiento con la distancia es menos lento que 1/r2. El rendimiento es igual que el altavoz dinámico. Electroacústica 32 Altavoces Clasificación según su acoplo con el medio de radiación Los sistemas de radiación directa son: caja cerrada, Bass Reflex y Activo-Pasivo. Y los sistemas de radiación indirectas son: bocinas, anillos de radiación, motores de compresión, etc. Clasificación según su rango frecuencial La clasificación de altavoces según su rango frecuencial se basa en la capacidad de cada altavoz para reproducir diferentes frecuencias del espectro de audio. Altavoces de rango completo (full-range): Los altavoces de rango completo están diseñados para reproducir un amplio espectro de frecuencias, desde las bajas hasta las altas. Generalmente, están compuestos por un solo cono que está optimizado para reproducir una gama completa de frecuencias, aunque algunos modelos pueden incluir un tweeter adicional para manejar las frecuencias más altas. Estos altavoces son comunes en sistemas de audio para el hogar, donde se utilizan en altavoces de estantería, torres o incluso en sistemas de sonido envolvente. Altavoces de agudos (tweeters): Los altavoces de agudos, también conocidos como tweeters, están diseñados para reproducir frecuencias altas en el espectro de audio, generalmente por encima de los 2 kHz. Utilizan diafragmas ligeros y pequeños transductores que pueden moverse rápidamente para producir sonidos agudos y detallados. Los tweeters son esenciales para proporcionar claridad y detalle en la reproducción de música y efectos de sonido. A menudo se encuentran en sistemas de altavoces de dos vías o de tres vías, junto con altavoces de medios y de graves. Altavoces de medios (midrange): Los altavoces de medios están diseñados para reproducir frecuencias en el rango medio del espectro de audio, generalmente entre aproximadamente 200 Hz y 2 kHz. Son responsables de reproducir la mayoría de los instrumentos musicales y las voces humanas, por lo que su calidad es crucial para una experiencia auditiva natural y envolvente. Los altavoces de medios suelen utilizar conos más grandes que los tweeters, pero más pequeños que los altavoces de graves, lo que les permite reproducir una amplia gama de frecuencias con precisión y claridad. Electroacústica 33 Altavoces Altavoces de graves (woofers): Los altavoces de graves, también conocidos como woofers, están diseñados para reproducir las frecuencias más bajas en el espectro de audio, generalmente por debajo de los 200 Hz. Utilizan conos grandes y pesados que pueden moverse con una gran amplitud para producir sonidos graves potentes y profundos. Los altavoces de graves son esenciales para proporcionar una base sólida y llena de energía en la música y los efectos de sonido. Se encuentran comúnmente en sistemas de altavoces de dos vías o de tres vías, donde trabajan en conjunto con tweeters y altavoces de medios para proporcionar una reproducción equilibrada del sonido. Además de estos tipos básicos de altavoces según su rango frecuencial, también existen configuraciones más complejas que combinan múltiples altavoces en un solo sistema para cubrir todo el espectro de frecuencias de manera más eficiente. Por ejemplo, los sistemas de altavoces de tres vías utilizan un woofer para las frecuencias bajas, un altavoz de medios para las frecuencias medias y un tweeter para las frecuencias altas, lo que permite una reproducción más precisa y detallada del sonido. También hay sistemas de altavoces de cuatro vías y más complejos que incluyen múltiples altavoces especializados para diferentes rangos de frecuencia. La potencia en los altavoces De entre las muchas confusiones que abundan en el mundo del audio profesional está la del aguante de potencia (en inglés, Power Handling) de un altavoz. Por una parte, los fabricantes utilizan una variedad de términos tales como potencia de pico, RMS, media, continua o de programa. Por otra, existen diferentes formas de medir el aguante de potencia de un altavoz o caja acústica que producen diferentes resultados. La potencia es la energía por unidad de tiempo. Se mide en vatios. La potencia que entrega un amplificador a un altavoz se mide a través la división del cuadrado del voltaje (V) por la impedancia (Z): V2 Potencia = Z Según que tipo de voltaje utilicemos, lograremos un tipo de potencia. Si el voltaje es de pico, la potencia será también de pico. Si el voltaje es RMS, obtendremos potencia media (RMS). El RMS (del inglés, root-mean-square), (la raíz cuadrada de la media aritmética de los cuadrados de los valores). Es sólo una herramienta matemática que extrae el valor medio de una señal alterna, es decir, con valores positivos y negativos. Para determinar el aguante de potencia de un altavoz, se lo ha de someter a una prueba de potencia. Ésta consiste en alimentar el altavoz con señal de prueba, que normalmente consiste algún tipo de señal de ruido con un rango dinámico controlado, durante un tiempo determinado, habitualmente entre 2 y 100 horas. La señal de prueba suele ser alguna forma de ruido rosa. El ruido rosa es una señal aleatoria que posee la misma energía en toda la banda de frecuencia. Por otro lado, el ruido rosa no es constante, Electroacústica 34 Altavoces sino que posee una cierta dinámica. El ruido rosa nos permite de esta forma realizar estudios donde se pone a prueba no sólo el aguante térmico del altavoz, sino también el aguante mecánico. El rango dinámico de una señal se expresa con el factor de cresta, que es la relación entre la potencia de los picos y la potencia de la media de la señal. Una señal de ruido rosa con un factor de cresta de 6 dB, quiere decir que la potencia del pico es 6 dB mayor que la potencia media de la señal. Ello equivale a una relación de 2 a 1 entre el voltaje de pico y el RMS, que corresponde a una relación de 4 a 1 entre la potencia de pico y la potencia media (RMS), puesto que la potencia se calcula en base al voltaje al cuadrado. Esta dinámica es la especificada habitualmente por las normas internacionales. Existen varias normas que especifican procedimientos a la hora de realizar las pruebas. Las más relevantes son: La norma AES2-1984 Ésta es una norma para componentes de altavoz realizada por el Audio Engineering Society. Es de uso muy habitual y, aunque es solo para componentes, se aplica también, a veces, a cada una de las vías de un sistema activo. Especifica una señal de ruido rosa con factor de cresta de 6 dB, con un ancho de banda de una década. Por ejemplo, un altavoz de bajos podría usar una banda de 60- 600 Hz, mientras que una unidad de agudos podría usar una de 1500-15000 Hz. La duración de la prueba es de dos horas, tras la cual el componente no deber mostrar daño apreciable. Un filtro AES para reproducción de música se muestra a continuación La norma IEC268-1 (1985) Esta es una norma realizada por la Comisión Electrotécnica Internacional. Especifica una señal de ruido rosa con espectro IEC de programa y factor de cresta de 6 dB. El espectro de programa IEC intenta ser un espectro que se aproxime al contenido de una señal musical real, y tiene por ello menos agudos y menos graves. La duración de la prueba es de cien horas, tras la cual el altavoz no deber mostrar daño apreciable. El filtro IEC para reproducción de música se muestra a continuación Electroacústica 35 Altavoces La norma EIA RS-426-A (1980) Esta es una norma de la Asociación de Industrias Electrónicas de los EEUU. La duración de la prueba es de ocho horas, tras la cual el altavoz no deber mostrar daño apreciable. La señal también es ruido rosa con factor de cresta de 6 dB. Tipo de especificaciones de potencia Potencia media: Este tipo de potencia suele denominarse erróneamente RMS, al utilizar el cálculo el voltaje RMS. La razón de este error es que el RMS sólo tiene sentido aplicarlo en parámetros que tienen signo negativo y positivo. La potencia sólo tiene signo positivo (va del amplificador al altavoz, no al contrario), y por ello no se le aplica el RMS, sino que simplemente es media. La potencia media es, por tanto, aquella que utiliza el voltaje RMS para su cálculo. Potencia de programa: La potencia de programa es un término arcaico que proviene de antiguas pruebas de potencia con senoidal. Hoy en día, no tiene un significado concreto. Para muchos fabricantes, es, simplemente, el doble de la potencia media, aunque otros fabricantes usan relaciones diferentes a 2:1. Puede usarse como guía para la elección de amplificador. Por ejemplo, un altavoz de 300W de potencia media y 600W (2x300W) de potencia de programa podría utilizar un amplificador de 600W de salida. Esto es para aplicaciones de gran control, para aplicaciones más habituales con cierto abuso del sistema este amplificador sería quizás demasiado grande. Potencia de pico: Corresponde al cálculo de la potencia en base a los voltajes de pico. Para una señal de 6 dB de factor de cresta, la potencia de pico es cuatro veces más que la potencia media. Causas de averías de altavoces Las causas de avería de un componente suelen se dividen entre térmicas y mecánicas. Averías térmicas Las causas del fallo térmico de un componente pueden ser: Exceso de potencia de entrada. Señales fuera de la banda pasante (radio frecuencia, frecuencias subsónicas). La energía que no se convierte en sonido se convierte en calor. Recorte (clip) del amplificador, la causa más común de fallo térmico. Corriente continua entregada por el amplificador, caso poco habitual en los amplificadores profesionales de hoy en día. Excesiva ecualización, principalmente de agudos, puesto que esta zona de frecuencias los componentes poseen una eficiencia muy baja y generan mucho calor. Para prevenir los fallos térmicos, evite recortar el amplificador de potencia y asegúrese de que sólo envía al altavoz aquellas frecuencias que éste puede reproducir, utilizando filtros paso-alto y/o paso- bajo para limitar la banda de frecuencia que alimenta el altavoz. Averías mecánicas Las causas del fallo mecánico se deben al excesivo movimiento del altavoz. El altavoz tiene más excursión (movimiento hacia delante y hacia detrás) cuanto más baja es la frecuencia. Esto quiere decir que una señal con la frecuencia lo suficientemente baja y con el nivel suficiente, puede sacar la bobina móvil del entrehierro, con el consiguiente daño de la bobina, que probablemente rozará, y posiblemente acabe también cortándose o con cortocircuito. Electroacústica 36 Altavoces En los casos más extremos el soporte de la bobina golpeará la pieza polar inferior y se deformará. Para prevenir fallos mecánicos, no utilice señales por debajo de la banda de utilización del componente o cajas, y use un amplificador de la potencia adecuada. Cómo elegir la potencia del amplificador En general, se debe elegir un amplificador cuya potencia de salida esté por encima del aguante de potencia del altavoz. Esto se debe a que un amplificador sólo entrega la potencia especificada con señal sinusoidal, y entrega mucha menos potencia para una señal real con dinámica. Por ello, se recomiendan amplificadores que entreguen un 50% más de potencia que la potencia media (RMS) del altavoz. Por ejemplo, para una caja de 450W, podríamos usar un amplificador que entregara 700W. Si utilizamos un amplificador pequeño, no obtendremos el nivel suficiente ni la sensación (de nivel) suficiente, así que tenderemos a saturar el amplificador y con ello pondremos en peligro la integridad del altavoz. Impedancia del altavoz La impedancia es la oposición al paso de la corriente alterna. En un altavoz, la impedancia es diferente para cada frec

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