CURSO DE MEGAFONÍA

Electroacústica

Sonido Vibración mecánica capaz de producir una sensación auditiva.

Sensación auditiva producida por una vibración mecánica.

Acústica físicaAcústica fisiológica y psicoacústicaElectroacústicaAcústica arquitectónicaAcústica musicalLinguística y fonética

Megafonía

Elementos tecnológicos que se acoplan y utilizan para aumentar el volumen del sonido en espacios de gran concurrencia de personas• Mensajes informativos o comerciales

• Distribución de música

• Evacuación y alarma por voz

ELECTRICIDAD La materia está formada por moléculas, éstas por átomos. Cada átomo contiene un núcleo, con neutrones y protones (carga +), y electrones (carga -) orbitando alrededor.

La materia tiende a ser eléctricamente neutra; por tanto, si se acercan dos cuerpos con la carga desequilibrada, se producen fuerzas de atracción y repulsión entre ellos. La tensión eléctrica hace referencia la diferencia entre la carga eléctrica de uno y otro cuerpo. La unidad de medida es el voltio (V)

Si estos dos cuerpos se unen mediante un cable metálico se produce un flujo de electrones de uno a otro para equilibrar la carga. Es la corriente eléctrica, y su intensidad -su cantidad- se mide en amperios (A).

Todos los cuerpos ofrecen una resistencia (R) al paso de la corriente eléctrica. En términos generales se habla de la impedancia eléctrica (Z), medida en ohmios (Ω).

Electroacústica

ELECTRICIDAD

Ley de ohm; relaciona la tensión (V), la corriente (I) y la impedancia (Z) en un circuito electrónico

La potencia (P) es la energía disipada por unidad de tiempo, y se mide en vatios (W)

V (voltios) = I (amperios) ⋅ Z (ohmios)

P (vatios) = I (amperios) ⋅ V (voltios)

P = V2 / ZAltavoz para línea de 100 V de 2 kΩP = 1002 / 2 ⋅ 103 = 5 W

Medición línea de altavoces = 50 ΩP = 1002 / 50 = 200 W

Electroacústica

Electroacústica Técnica que se ocupa de la transformación de la energía sonora (música y palabra) en señales eléctricas, permitiendo obtener de nuevo lo sonidos originales.

LA CADENA DEL SONIDO

MicrófonoTransductor

acústico-eléctrico

AltavozTransductor

eléctrico-acústico

Procesado de audio, control y amplificación

Fuentes de sonido

Atenuación local

entradas salidasred electroacústica

Electroacústica

RESPUESTA EN FRECUENCIA Sensibilidad para cada una de las frecuencias. Es indicativo de la fidelidad del sistema electroacústico a la señal original.

La respuesta ideal es la plana en el margen de 20 a 20.000 Hz.

Se define como el rango de frecuencias que es capaz de captar o reproducir el dispositivo con una variación máxima de ± x dB(con x = 3, 6, 10...).

La respuesta en frecuencia del sistema electroacústico será la peor de todos los componentes que la formen.

Respuesta en frecuencia en función de la aplicación del sistema electroacústico

Voz 500 ~ 4.000 HzMúsica de fondo 200 ~ 10.000 HzMúsica 50 ~ 15.000 HzAlta fidelidad 20 ~ 20.000 Hz

Electroacústica

DIRECCIONALIDAD Sensibilidad del micrófono o comportamiento del altavoz en función del ángulo con el que incide el sonido.

El diagrama polar representa la direccionalidad del micrófono o del altavoz.

La direccionalidad no es igual para todas las frecuencias.

supercardiode hipercardiode bidireccional

omnidireccional cardioide

Electroacústica

micrófonosTransductor que convierte la energía acústica en energía eléctrica.

Las variaciones de presión actúan sobre una membrana, provocando en ella un movimiento vibratorio que finalmente produce una tensión eléctrica.

SENSIBILIDAD Relación entre presión acústica de entrada y tensión eléctrica de salida (mV/Pa ó dB a 1 kHz y 1 μbar).

RESPUESTA EN FRECUENCIA Comportamiento del micrófono para cada una de las frecuencias.

DIRECCIONALIDAD Comportamiento del micrófono en función del ángulo con el que incide el sonido.

IMPEDANCIA Carga resistiva que limita el paso de la corriente y absorbe la máxima potencia. Valores típicos entre 200 y 600 Ω.

Electroacústica

TIPOS DE MICRÓFONOS UTILIZADOS EN MEGAFONÍA

Pupitres microfónicos• Con gong• Con zonas• Con controlMicrófonos de manoMicrófonos planosMicrófonos con flexoMicrófonos de solapaMicrófonos inalámbricos• De mano• De solapa• En banda VHF• En banda UHFDe sistemas de conferencias

NormativasFrecuencias en micrófonos inalámbricos

Evacuación y alarma por voz (VA): EN-60849

micrófonosmicrófono electrodinámico(dinámico o de bobina móvil)

• Sin alimentación• Muy robustos• Sensibilidad media• Respuesta en frecuencia limitada• Impedancia baja• Económicos

micrófono electroestáticoelectret

• Diafragma con carga electroestática• Alimentación (pila o phantom)• Respuesta en frecuencia amplia• Sensibilidad alta• Económicos• Tamáño reducido

Electroacústica

micrófonos

Electroacústica

CONEXIÓN La señal eléctrica que proporciona un micrófono es débil y susceptible de ser enmascarada por ruido eléctrico.

Como norma general, cable apantallado (Cu).

1+pantalla si la señal es asimétrica (unbalanced)2+pantalla si la señal es simétrica (balanced).

Señal asimétrica hasta 20 mSeñal simétrica hasta 80 m

Conexión simétrica micrófono-amplificador = SNR ↑

Señal asimétrica

Señal simétrica

micrófonos

Electroacústica

CONEXIÓN Señales que circulan entre micrófono y equipo de procesado de audio.

La señal de audio: 1 (asimétrica) ó 2 hilos (simétrica)

Alimentacion: 0 (no necesaria o phantom) ó 1 (con negativo = pantalla)

Prioridad: 1 (normalmente + ó – en el momento de pulsar para hablar)

Conector DIN Conector XLR Conector JACK

micrófonos

Electroacústica

CONEXIÓN Conexiones especiales de pupitres microfónicos de control.

Analógico: Señales para control de zonas de altavoces: 1 hilo por zona.

Digital: Señal de datos para selección, programación y control.

Analógico Digital

altavocesTransductor que convierte la energía eléctrica en energía acústica.

La energía eléctrica provoca la vibración de la membrana que pone en movimiento el aire circundante, provocando la onda de presión.

SENSIBILIDAD Presión acústica a 1 m cuando se aplica 1 W de potencia. Normalmente a 1 kHz.

RESPUESTA EN FRECUENCIA Sensibilidad para cada una de las frecuencias.

DIRECCIONALIDAD Comportamiento del altavoz según la dirección de emisión del sonido.

POTENCIA Indica la máxima potencia eléctrica aplicable al altavoz sin causarle daños.

IMPEDANCIA Entre 8 y 16 Ω. El transformador de línea de 100 V eleva la impedancia del conjunto.

CAJA ACÚSTICASensibilidad 88 dB, 1 W, 1 m, 1 kHz

Presión acústica máxima 104 dB (40 W)Respuesta en frecuencia 70 ~ 20.000 Hz

Potencia 40 WImpedancia 8 Ω / línea de 100 V

ALTAVOZ EXPONENCIALSensibilidad 109 dB, 1 W, 1 m, 1 kHz

Presión acústica máxima 124 dB (30 W)Respuesta en frecuencia 350 ~ 6.000 Hz

Potencia 30 WImpedancia 16 Ω / línea de 100 V

Electroacústica

altavoces

Clasificación según mecánica• Radiación directa• Radiación indirectaClasificación según margen de frecuencia• Banda ancha• Bajas frecuencias• Medias frecuencias• Altas frecuenciasClasificación según diseño eléctrico• Electrodinámico• Electroestáticos• Piezoeléctricos

TIPOS DE ALTAVOCES UTILIZADOS EN MEGAFONÍA

Altavoces exponencialesProyectores acústicosAltavoces• Para techo• Para paredColumnas acústicasEsferas acústicasCajas acústicas• De baja, media y alta potencia• Compact array• Line arrayEspeciales• Para jardín• Subacuáticos• Antihumedad• Antipolvo

NormativasAtmósferas peligrosas: ATEX, EN 50014Resistencia a la intemperie IP: IEC 529

Evacuación y alarma por voz (VA): EN-60849

Electroacústica

altavoces

Electroacústica

ALTAVOZ DE TECHO Distribuyen el sonido directamente sobre el oyente, sin obstáculos, desde techos relativamente bajos.

Cobertura acústica uniforme (según espaciado y potencia) y respuesta en frecuencia correcta para palabra y para música.

Se instalan empotrados en falsos techos, aunque existen modelos para instalar en superficie.

Sin caja trasera; se utiliza el hueco entre techo y falso techo para el refuerzo de graves.

Los modelos de altas prestaciones son de calidad similar a cajas acústicas equivalentes

Altura de montaje entre 2,5 y 4 m. En techos más altos se instalan los modelos más potentes u otro tipo de altavoces

Para recintos con ruido medio-bajo, inferior a 70~75 dB: edificios de oficinas, restaurantes, hoteles, tiendas, bancos, vestíbulos de cines y teatros, almacenes y supermercados...

altavoces

Electroacústica

ALTAVOZ EXPONENCIAL Elevado rendimiento: presión acústica muy alta (más de 120 dB) con una mínima potencia de amplificador.

Respuesta en frecuencia baja y distorsión elevada.

Con anclaje para instalación en pared o techo, preparados para instalaciones en exterior.

Elevada inteligibilidad en recintos o áreas de elevadas dimensiones y en entornos ruidosos (correctamente instalados).

Alcanzan largas distancias con un buen nivel de presión acústica (40 ~ 50 m, según el nivel de ruido).

Adecuados para fábricas, talleres, industrias, zonas exteriores de cualquier instalación, playas, zonas peatonales, estaciones de servicio...

Modelos con Índice de Protección muy elevada (hasta IP67) y con certificación ATEX

altavoces

Electroacústica

PROYECTOR ACÚSTICO Compromiso entre elevada presión acústica y una buena calidad para distribución de música.

Con anclaje para instalación en pared o techo. Normalmente preparados para instalaciones en exterior.

Sensibilidad elevada, con pocos W de potencia consiguen elevadas presiones sonoras.

Calidad de reproducción musical buena gracias al ancho de banda, en muchos modelos > 15 kHz.

Los modelos más eficaces pueden alcanzar los 20 ~ 30 m con un buen nivel de presión acústica.

Modelos bidireccionales especiales para pasillos, y modelos suspendidos para acercar el altavoz al oyente.

Adecuados para recintos deportivos, aparcamientos, estaciones de ferrocarril, autobuses, metro...

altavoces

Electroacústica

COLUMNA ACÚSTICA Las columnas acústicas incorporan en su interior varios altavoces iguales montados en vertical.

Difunden la capa sonora a la altura de los oyentes y no la proyectan hacia el techo, reduciendo la reverberación.

Presión acústica de estos altavoces bastante elevada (más de 100 dB), con respuesta en frecuencia adecuada para música y palabra.

El eje del haz acústico debe estar a la altura de la escucha (1,5 ~ 1,6 m) de los oyentes más alejados.

Alcance entre 10 y 20 veces su altura física.

Habitualmente se distribuyen a lo largo de las dos paredes laterales del recinto.

Adecuadas para recintos religiosos, salones de actos, salas de conferencias, andenes de ferrocarriles o autobuses.

Existen columnas procesadas especiales para sonorizar recintos acústicamente complicados

altavoces

Electroacústica

CAJA ACÚSTICA Buena respuesta en frecuencia, para distribución de música de calidad en primer plano.

Ancho de banda en graves por debajo de los 100 Hz y en agudos hasta los 20.000 Hz, con respuesta plana.

Gran variedad de potencias para adaptarse a cualquier situación.

Modelos con y sin transformador.

Estética importante por el tipo de recinto en el que se instalarán. Variedad de diseños, colores y opciones de montaje muy amplia.

Se complementan con subwoofers para refuerzo de graves.

Modelos con altavoces orientables y con parámetros con control externo con procesadores de audio (normalmente DSP).

Adecuados para vestíbulos de hoteles, salas de reuniones, salones de actos, salas de aerobic de gimnasios, grandes centros comerciales, pubs y bares musicales, tiendas de moda, ferias...

altavoces

Electroacústica

ESFERA ACÚSTICA Constituidas por un reflector externo y uno o varios altavoces en el interior de una envolvente esférica

Reproducen todo el margen de frecuencias de forma uniforme dentro de su área de cobertura de 180º x 360º.

Se maximiza la inteligibilidad de palabra y la calidad de la música.

Crean un campo sonoro sin estridencias, distorsiones o resonancias. El sonido no se percibe con direccionalidad.

Se necesitan menos esferas acústicas que altavoces convencionales para el mismo espacio.

Se instalan colgadas del techo, en el centro del recinto o repartidas procurando que cubran áreas iguales.

Adecuadas para pabellones deportivos, gimnasios, naves de ventas, ferias de muestras, museos, ...

Altavoz convencional Esfera acústica

altavoces

Electroacústica

CONEXIÓN ALTAVOCES BAJA IMPEDANCIA

Impedancias habituales: 4, 8 ó 16 ohm.

Distancias de cableado cortas (> 50 m) con cables de sección elevada.

Adecuado para pocos altavoces.

Topologías:Conexión en serie Z=ΣZi

Conexión en paralelo 1/Z=Σ1/Zi

Conexión mixta serie-paralelo

Conexión serie Conexión paralelo Conexión serie - paralelo

altavoces

Electroacústica

CONEXIÓN ALTAVOCES ALTA IMPEDANCIA

Altavoces con transformador, para línea de 100 V, 70 V ó 50 V.

Distancias de cableado elevadas con cables de sección habitual, en función de la potencia y la distribución de los altavoces.

Adecuado para cantidades elevadas de altavoces.

Topología única: conexión en paralelo.

Ejemplo: Altavoz 20 W para línea de 100 V

Su impedancia esZ = V2/P = 1002/20 = 500 ohm

Si lo conectamos a la salida de 70 V del amplificadorP= V2/Z = 702/500 = 9,8 W (~ 10 W)

Si lo conectamos a la salida de 50 V del amplificadorP = V2/Z = 502/500 = 5 W

P(línea 70 V) = ½ P(línea 100 V)

P(línea 50 V) = ¼ P(línea 100 V)

altavoces

Electroacústica

SECCIÓN DEL CABLE LÍNEA DE 100 V

ejemplodatos10 altavoces de 1000 Ωcable de 1,5 mm2

cálculoImpedancia = 1000/10 = 100 Ω

Lectura en tablaDistancia máxima = 200 m

altavoces

Electroacústica

SECCIÓN DEL CABLE LÍNEA DE 100 V

ejemplodatos10 altavoces de 10 Wcable de 2,5 mm2

cálculoPotencia = 10 ⋅ 10 = 100 W

Lectura en tablaDistancia máxima = 360 m

altavoces

Electroacústica

SECCIÓN DEL CABLE LÍNEA DE 100 V

Sección adecuada para una pérdida máxima del 10 %.

Cable de cobre con formación multifilar.

Evitar interferencias electromagnéticas que provengan de cables de líneas eléctricas.

Evitar posibles diafonías por compartir canalización con otras señales de música.

Distancias máximas (m) recomendadas según la sección del cable y la potencia del amplificador

0,75 1 1,5 2,5 460 W 178 237 345 577 931120 W 89 119 173 289 466240 W 44 59 86 144 232360 W 30 40 58 96 155P

oten

cia

Sección (mm2)

Fuentes musicales

Electroacústica

FUENTES MUSICALES

TradicionalesReproductor de casetes (totalmente en desuso)

Sintonizador de radio AM / FM

Reproductor de CDs simple o múltiple

ActualesReproductor multiformato CD/DVD/CD, CD-R/RW, DVD-Video, DVD-R/+R/-, RW/+RW/DL, SVCD, VCD, DivX, MP3, WMV, WMA, JPEG...

Controlador digital de audio – reproductor MP3 con conector USB

Grabador de audio con disco duro

OtrosHilo musical: varios canales de música por red telefónica.

Música por Internet: descarga de música a disco duro y gestión de estilos, programaciones horarias, duración...

Mensajes pregrabados

Electroacústica

MENSAJES PREGRABADOS

Formatos PCM, WMA y actualmente MP3, OGG...

Para mensajes comerciales, informativos y/o de alarma.

Imprescindibles en sistemas VA de evacuación y alarma por voz (normativa EN-60849).

Activados manualmente o automáticamente desde la central de alarmas.

Procesado

Electroacústica

Preamplificación: unifica el nivel e impedancia de las señales de audio y garantiza la correcta adaptación entre las fuentes musicales y las etapas de potencia.

El sonido que capta un micrófono pasa por una serie de aparatos que modifican la señal eléctrica para que llegue en óptimas condiciones al altavoz

micrófonopupitre microfónico

preamplificadofuente musical

impedancia 600 ohm 600 ohm 10 kohm

nivel de señal -60 dB 0 dB -20 dB

tipo de señal simétrica o asimétrica simétrica asimétrica estéreo

Procesado

Electroacústica

Mezcla: Suma de las señales de audio ya preamplificadas.

Prioridad: Función de los sistemas de megafonía en la que una señal de audio atenúa o inhibe el resto de señales.

Por cierre de contacto

Por umbral de audio

prioridad 1 prioridad 2 prioridad 3 prioridad 4 prioridad 5

mensaje pregrabado de

alarma

pupitre microfónico de mensajes en

directo

mensaje pregrabado comercial

otros micrófonos

fuente musical

Ejemplo de prioridades

Procesado

Electroacústica

Ecualización: ajuste de la ganancia de cada banda de audio en que se divide el sonido. Control de tono (graves y agudos) = ecualizador de dos bandas.

Antilarsen: filtro que elimina las frecuencias de realimentación acústica.

Limitador: evita que se superen los dB SPL que fija la normativa para cumplir la ley.

Compresor: reduce el margen dinámico de la señal de audio para proteger a los equipos de picos de señal o disimular señales saturadas.

Funciones DSP (Digital Signal Processing): Equalizador gráfico y paramétrico, retardos de señal, filtros (paso alto, paso bajo, banda eliminada, notch...), puerta de ruido, control de ganancia, compresor / limitador...

Amplificación

Electroacústica

Etapa de potencia: recoge la señal de audio que proviene del preamplificador, la amplifica y la envía hacia los altavoces.

Amplificador = Preamplificador + Etapa de potencia. Permite la conexión directa de las fuentes de sonido, regula su nivel y su curva en frecuencia -graves, agudos...-, las mezcla y finalmente las amplifica hacia los altavoces.

Se habla de amplificador cuando nos referimos a etapa de potencia, aunque son equipos diferentes

AMPLIFICADOR

ETAPA DE POTENCIA

Amplificación

Electroacústica

SEÑAL DE ENTRADA De 0 dB (775 mV), 600 Ω

Entrada de programa (señal de música)

Entrada de prioridad (señal de avisos / alarma)

Conectores DIN / RJ45 / regleta

SEÑAL DE SALIDA Línea de 100 V (además de 70 V y de 50 V)

Salida de baja impedancia (4 a 16 Ω)

Conectores de regleta / speakon (baja impedancia)

Amplificación

Electroacústica

POTENCIA Potencia RMS (root mean square) es el valor cuadrático medio obtenido al aplicar una señal senoidal de 1 kHz a al entrada. Es la potencia máxima en régimen contínuo.

Potencia IHF (institute of high fidelity) es entre un 35 y un 50 % superior a la RMS y especifica la potencia máxima que puede proporcionar el amplificador en un pico transitorio.

CLASE A/B Compuesto por dos transistores que se alternan en la amplificación de la señal (clase B), con una pequeña corriente de polarización constante (clase A) que reduce la distorsión.

Rendimiento medio (< 50%) y peso elevado (dos transformadores, de alimentación y de salida de 100 V).

CLASE D Los transistores de salida están alimentados con una señal conmutada generada, normalmente, por una señal modulada por anchura de pulsos (PWM).

Rendimiento elevado (> 80%) y peso ligero.