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ELECTROACUSTICA (66.68)

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Concepto

Conjunto de micrófonos, procesadores, amplificadores, parlantes y recintos destinados a la distribución y/o amplificación del sonido.

Ejemplos:● El sistema de sonido para un recital en un estadio

● Los sistemas de llamadas de un aeropuerto

● El sistema de amplificación en una sala de conferenciasLA

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Objetivos

● Procesar señales en el dominio eléctrico para su amplificación, distribución, grabación y/o con un propósito estético

● Obtener un nivel SPL que las fuentes acústicas no pueden entregar por sí mismas

● Obtener una cobertura razonablemente uniforme en toda el área de interés

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Esquema básico de un sistema de sonido para una sala de conferencias

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En este tipo de sistemas se requiere que la voz del orador llegue en forma inteligible al oyente

IL% (Inteligibilidad)

La inteligibilidad es la capacidad de interpretar correctamente un mensaje hablado en un determinado recinto Se evalúa estadísticamente leyendo un listado de palabras y sílabas a una audiencia y computando el porcentaje de palabras correctamente escuchadas.

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El gráfico relaciona el IL % con la relación entre el nivel de emisión por sobre el piso de ruido

IL% (Inteligibilidad)

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Peutz y Klein realizaron estudios de donde el IL se obtiene a través del Articulation Loss, el cual tiene en cuenta en su formulación teórica, el T60 del recinto y la directividad de la fuente. Para un 100% de IL son necesarios aproximadamente 25 dB SPL por encima del piso de ruido del recinto. No se observa mejora por encima de este nivel.

Donde:% AL = Porcentaje de palabras perdidas.T = Tiempo de reverberación.D = Distancia oyente al altavoz.Q = Factor de directividad del altavoz.V = Volumen de la sala (en m )

60

2

3

Para distancias mayores a 3,16 Dc se toma como 9 T 60

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Potencia requeridaEn este caso la potencia requerida se calcula teniendo en cuenta que el nivel que percibe el oyente supere en 25 dB al ruido de fondo de la sala.

para tomar un criterio más conservador se considera al parlante con un Q= 1 y la sala anecoica (R= infinito: absorción total o aire libre)

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Potencia requeridaLa relación entre potencia acústica y potencia eléctrica viene dada por la eficiencia del transductor

El rendimiento puede calcularse con la especificación de sensibilidad del parlante (donde se especifica el nivel SPL medido a 1m del parlante y excitado con un 1 Watt eléctrico al aire libre) y la ecuación de nivel SPL en función de la distancia para una fuente puntual

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CoberturaSe debe tener en cuenta el patrón de directividad de los parlantes al momento hacer los cálculos.Utilizando los ángulos donde el diagrama de radiación cae 6dB y utilizando las ecuaciones de Molloy, se obtiene un cálculo aproximado de el Q del parlante.

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Directividad

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Directividad

Patrón de directividad de un pistón circular de radio a en un baffle infinito (izquierda) y al aire libre (derecha). k = 2 pi / lambda

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Posicionamiento de los parlantesComo la señal a reproducir en una sala de conferencias es mono, haciendo coincidir los lóbulos a de radiación a -3dB en el centro del área de escucha se obtiene una cobertura pareja

-3dB -3dBLACEAC

Esquema básico de un sistema de sonido para un espectáculo musical

mixer

PA PA

PA

potencia

patchbay

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En este caso el sistema se torna más complejo ya que el programa a reproducir presenta un mayor contenido espectral y altamente variable. Hay múltiples fuentes sonoras interactuando y superficies mayores a cubrir. Además se requieren niveles de reproducción elevados.

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Distribución espectral de los programas de audio

Ejemplo rock/pop

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Rango Completo

RMS = -11.8dB PEAK = -0.09dB

RMS = -12.1dB PEAK = -0.00dB

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SUBLOW 20 Hz a 120 Hz

RMS = -19.8 dB PEAK=-5.1 dB


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LOW 120 Hz a 800 Hz

RMS = -13.0 dB PEAK=--5.1 dB


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MID 800 Hz a 5 KHz

RMS = -22.8 dB PEAK=--2.8 dB

RMS = -23.6 dB PEAK=--2.0 dB

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HIGH 5 KHz a 20 KHz

RMS = -33.7 dB PEAK=--6.8 dB

RMS = -34.2 dB PEAK=--7.9 dB

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Ejemplo Jazz

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Rango Completo

RMS = -15.8 dB PEAK=--1.9 dB


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RMS = -46.6 dB PEAK=--11.7 dB

RMS = -49.3 dB PEAK=--8.1 dB

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LOW 120 Hz a 800 Hz

RMS = -20.3 dB PEAK=--4.9 dB

RMS = -17.3 dB PEAK=--2.5 dB

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MID 800 Hz a 5 KHz

RMS = -23.1 dB PEAK=--2.8 dB

RMS = -31.5 dB PEAK=--10.4 dB

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HIGH 5 KHz a 20 KHz

RMS = -36.2 dB PEAK=--13.4 dB

RMS = -40.0 dB PEAK=--13.0 dB

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Ejemplo voz humana

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Rango Completo

RMS = -21.7 dB PEAK=--1.9 dB

RMS = -19.8 dB PEAK=--0.01 dB

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RMS = --54.6 dB PEAK=---33.1 dB

RMS = -52.8 dB PEAK=--31.3 dB

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LOW 120 Hz a 800 Hz

RMS = -22.4 dB PEAK=--2.8 dB

RMS = -20.3 dB PEAK=--0.9 dB

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MID 800 Hz a 5 KHz

RMS = -31.3 dB PEAK=--5.9 dB

RMS = -29.3 dB PEAK=--3.8 dB

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HIGH 5 KHz a 20 KHz

RMS = -38.8 dB PEAK=--10.0 dB

RMS = -36.6 dB PEAK=--7.7 dB

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Ejemplo música de cámara

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Rango Completo

RMS = -24.9 dB PEAK=--3.7 dB

RMS = -25.3 dB PEAK=--4.5 dB

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RMS = -36.7 dB PEAK=--14.4 dB

RMS = -41.6 dB PEAK=--16.8 dB

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LOW 120 Hz a 800 Hz

RMS = -26.0 dB PEAK=--3.6 dB

RMS = -26.2 dB PEAK=--5.7 dB

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MID 800 Hz a 5 KHz

RMS = -32.2 dB PEAK=--9.3 dB

RMS = -32.7 dB PEAK=--10.3 dB

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HIGH 5 KHz a 20 KHz

RMS = -53.6 dB PEAK=--28.0 dB

RMS = -55.8 dB PEAK=--30.0dB

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Ejemplo música electrónica

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Rango Completo

RMS = -13.3 dB PEAK=--0dB

RMS = -12.7 dB PEAK=--0 dB

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RMS = -21.2 dB PEAK=--1.8 dB

RMS = -20.2 dB PEAK=--1.9 dB

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LOW 120 Hz a 800 Hz

RMS = --14.8 dB PEAK=--0 dB


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MID 800 Hz a 5 KHz



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HIGH 5 KHz a 20 KHz

RMS = --28.1 dB PEAK=--0.1 dB

RMS = -29.4 dB PEAK=--2.3 dB

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Se puede observar que la mayor cantidad de energía se concentra en el área de bajas frecuencias. Esto que el dimensionamiento de la potencia depende principalmente de la banda a amplificar. En los sistemas de múltiples vías se realiza mediante crossovers en los parlantes, o con un crossover previo a la etapa de potencia y luego utilizando amplificadores para cada una de las bandas.

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Impedancia de radiación

Impedancia de radiación de un pistón circular de radio a en un baffle infinito (izquierda) y al aire libre (derecha). k = 2 pi / lambda

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A medida que se baja en frecuencia el parlante óptimo se torna irrealizable, es decir que en diseños reales el subwoofer tendrá menor rendimiento que el resto de las vías. En sistemas comerciales puede haber más de 10 dB de diferencia en la sensibilidad entre un subwoofer y el resto de los parlantes.

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CrossoverEl crossover es un procesador de audio que a través de filtros pasabajos, pasaaltos y pasabanda permite distintos canales de distribucion para cada banda audible y para su posterior amplificación y emisión.

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Time delay compensationOtra de las opciones de estos procesadores es la posibilidad de introducir un retardo en las diferentes bandas, esto se debe a que muchas veces el centro de radiación de los parlantes no están alineadas físicamente

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El uso de parlantes del tipo line array permite un gran manejo de la direccionalidad. Los mismos están constituidos por arreglos de parlantes de 2 o 3 vías y subwoofers adicionales.

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Line array de fuentes puntuales en fase

Cuando b << lambda, la fórmula de directividad puede simplificarse utilizando la extensión del array (d). A la derecha se muestra el patrón de directividad para

un array de longitud d sin baffle.

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Inclinación del frente onda a través de retardos

A través de la utilización de un retardo entre las fuentes, la dirección y forma del frente onda puede alterarse.

El ángulo en el que se inclina el frente onda está dado por la siguiente ecuación:

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Cobertura

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Patrón de directividad de 16 fuentes omni

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Array curvo vs Array recto

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Patrón de array específicamente diseñado

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MonitoreoEs un sistema de refuerzo localizado para permitir al ejecutante escucharse cuando las condiciones del sistema no permiten hacerlo naturalmente.

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Monitor de piso

Side-fill

In-ear monitoring

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FeedbackEste fenómeno sucede cuando se forma un lazo de realimentación positiva entre el micrófono que capta la fuente sonora y el transductor que la reproduce.Esto sucederá cuando el nivel SPL aportado por el parlante en el micrófono sea el mismo que aporta la fuente y se verifiquen las condiciones Barkhausen

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Considerando el caso al aire libre, una parlante con Q=1

Luego encendemos el equipo y seteamos la ganancia de manera que el nivel aportado por el parlante al micrófono sea igual al aportado por la fuente, es decir la condición de feedback.

Precálculo de ganancia máxima permitida

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para calcular la ganancia en decibeles restamos los niveles con y sin amplificación

Se deduce que la ganancia máxima es independiente del nivel de la fuente. Acercando la fuente al micrófono y alejando el parlante del mismo permitirán aumentar la ganancia máxima. Es recomendable dejar una margen de 6dB de ganancia a este cálculo. La utilización de parlantes y micrófonos direccionales aumentará aún más la máxima ganancia posible.

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Se coloca un ecualizador gráfico para atenuar el sistema la en frecuencias que estén en condición de oscilación

Métodos para evitar el feedback

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Existen ecualizadores que funcionan de manera automática detectando oscilaciones y atenuando las mismas


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Utilizando un desplazador de frecuencias en la cadena de monitoreo evitamos las condiciones de Barkhausen.

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PatchbayPara recorrer grandes distancias cables se deben utilizar cables balanceados, de esta manera se rechazan ruido inducido en el trayecto.

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Sistemas distribuidos (o sistemas de call)

Este tipo de sistemas se utiliza por lo general en recintos grandes con un gran tiempo de reverberación y gran ruido de fondo. Para lograr un IL aceptable se distribuye la señal la señal en pequeños parlantes o satélites de rango acotado ya que lo importante es comunicar información a los usuarios o emitir música funcional. Pueden usarse amplificadores locales, sistemas con transformador y en algunos casos se usa distribución IP o inalámbrica.

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Esquema básico de un sistema de sonido para un estudio de grabación/radiodifusiónEs necesario en este esquema, contar con un monitoreo en la sala de grabación que permita que los micrófonos capten únicamente la fuente a grabar o transmitir y evitar la interferencia en otros micrófonos en el caso de múltiples fuentes. En la sala de control se debe monitorear el audio que esta siendo grabado, procesado y/o emitido. Con este fin se requiere que dichos monitores sean de alta fidelidad.

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Sistemas multicanalEn este tipo de sistemas es fundamental el posicionamiento de los parlantes para lograr la imagen virtual deseada. El canal de subwoofer se obtiene utilizando un crossover en los demás canales.

Home theatre Sala de Cine

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