sistemas de refuerzo sonoro

Sistemas de refuerzo sonoro

Enrique Alexandre (@e_alexandre)

Amplificadores

Amplificadores domésticos

• Diseñados, en teoría, para proporcionar máxima fidelidad

• Esto implica que no se da tanta prioridad a:

• Protección contra sobrecarga

• Estabilidad

• Pensados para dar mucha potencia en periodos cortos de tiempo

Amplificadores profesionales

• En muchos casos son de un solo canal (no estéreo)

• Mayores sistemas de refrigeración

• Protección de sobrecalentamiento

Características

• Sensibilidad

• Distorsión

• Potencia

• Respuesta en frecuencia

• Factor de amortiguamiento

Sensibilidad

• Indica cuánta tensión es necesaria para que el amplificador produzca su máxima salida.

• Ejemplo: 100W en 8Ω, 775mV

Distorsión

• Se suele expresar como THD (Total Harmonic Distortion)

• Mide la cantidad de distorsión armónica que produce el amplificador

• Un valor menor de 0,1% es bastante común

Potencia

• Como con los altavoces, se mide de distintas formas en función de lo que se quiera destacar:

• Potencia de pico: El valor más espectacular

• Potencia continua: La que es capaz de entregar de forma continuada. Depende de qué señal se haya utilizado para medirla.

• Potencia RMS: Potencia que puede entregar el amplificador con un tono puro y manteniendo la distorsión por debajo de un determinado umbral.

• Ejemplo: (8Ω, 1kHz, 10%THD) 120W + 120W

Factor de amortiguamiento

• Cuando un amplificador deja de enviar potencia a un altavoz, éste se sigue moviendo un tiempo por inercia.

• En este momento, el altavoz ya no funciona como tal, sino como micrófono, y puede llegar a producir distorsión.

• El factor de amortiguamiento mide la capacidad del amplificador de controlar esta inercia del altavoz.

• Se expresa como el cociente entre la impedancia del altavoz y la del amplificador:

• Zaltavoz = 8Ω, Zampli = 0,01Ω -> FA = 800

Clases de amplificadores

• Clase A

• Clase B

• Clase A-B

• Clase D

Clase A

• Dan corriente a la salida aunque no haya nada a la entrada

• Son muy ineficientes. Generan mucho calor

• Los transistores se mantienen siempre a temperatura constante

• Son capaces de dar muy buena calidad

Clase B

• Si no hay nada a la entrada, tampoco hay corriente a la salida

• Muy eficientes

• Muy útiles si hay baterías de por medio

• Si la entrada es pequeña, los transistores operan en una zona no lineal

• Menor calidad de sonido

Clase A-B

• Si el nivel de la entrada es alto, operan como un clase B

• Si es bajo, se mantiene una pequeña corriente a la salida (una especie de clase A de poca potencia).

• La mayor parte de los amplificadores son de esta clase

Clase D

• Mal llamados digitales

• Utilizan una señal cuadrada añadida al audio para alimentar los transistores

• Igual de eficientes que los A-B

• Mucho más pequeños y ligeros

Conexiones

Cables apantallados y no apantallados

• No apantallados:

• Sensibles a interferencias electromagnéticas

• Se usan en conexiones con nivel elevado (ampli-altavoces)

• Apantallados:

• Llevan una malla metálica que protege contra las interferencias

• Se usan cuando la señal es pequeña

Líneas balanceadas y no balanceadas

• No balanceadas:

• Son las más utilizadas en consumo

• Longitud máxima 10m aprox.

• Balanceadas

• Aplicaciones profesionales

• Mucho menos robustas frente al ruido

• Admiten cables más largos

Conectores

Jack XLR RCA1 o 2 canales Balanceado

Analógico o digitalDe consumo

Analógico o digital

Conectores (II)

Tos-link Speak-ON MIDIÓptico Digital

Altavoces profesionales

RobustoEquipos MIDI

Conectores (III)

RJ-45 BNCDatos audio digital Señales de reloj

Conexiones digitales

• AES/EBU

• Para aplicaciones profesionales

• Dos canales de audio hasta a 100m

• Cables balanceados y conectores XLR

• S/PDIF

• Versión de consumo del AES/EBU

• Cables no balanceados y conectores RCA ó TOS-link

Conexiones digitales - Comparación

AES/EBU S/PDIF

Línea Balanceada No balanceada

Conector XLR RCA/Tos-link

Cable Par trenzado Coaxial

Distancia máxima

100m 10m

Conexiones inalámbricas

• Analógicas:

• Se transmite la señal del micrófono por FM

• Frecuencias establecidas por ley (Orden IET/787/2013)

• Margen dinámico limitado a no más de 50dB

• Sistemas diversity: más de una antena para un solo micrófono, para asegurar una buena covertura

• Digitales

• Menores niveles de ruido, distorsión y mayor fiabilidad

Realimentación acústica

Ganancia acústica

• Cuánto sube el nivel de presión sonora debido al sistema de refuerzo sonoro

• En la figura: 85-70 = 15dB

Amplificador

¡85 dB!

70 dB

1

2

bla, bla, bla…

bla, bla, bla…

Máxima ganancia acústica (MAG)

• Cuál es la ganancia acústica máxima que puede tener el sistema antes de entrar en realimentación.

• ¡No depende del nivel de presión sonora del orador!

• Para aumentar la MAG:

• Acercar el micrófono al orador

• Acercar el altavoz a laaudiencia

• Alejar el altavoz del micrófono

• Utilizar micrófonos y altavoces direccionales

Amplificador

dAltavoz-Audiencia

dOrador-Audiencia

dOrador-Micro

dAltavoz-Micro

Diseño acústico del sistema de refuerzo

¿Qué tenemos que elegir?

• Elección del altavoz

• Potencia del altavoz

• Directividad

• Apuntamiento del altavoz

• Tipo de sistema de refuerzo

Elección del altavoz

• En función de:

• El nivel de presión sonora necesario

• Las condiciones acústicas del recinto

• Elegiremos:

• La potencia del altavoz

• Su factor de directividad

Distancia crítica

• En una sala el sonido tiene dos componentes:

• Sonido directo: El que viene directamente de la fuente sonora. Más débil según nos alejemos de ella

• Sonido reverberante: Debido a la acústica de la sala. Independiente de la distancia

• Distancia crítica: Distancia a la cual ambas contribuciones se igualan

• Depende de las características de la sala y de la directividad de la fuente

• Objetivo: Que nadie esté más allá de 4 veces la distancia crítica

Apuntamiento del altavoz

• En general se apunta a una distancia de 3/4 de la audiencia

• Así conseguimos:

• El efecto de la directividad compensa la cercanía de las zonas delanteras

• El máximo de presión sonora se obtiene un poco antes del punto a donde se dirige el altavoz

• La zona trasera tendrá una presión sonora menor, pero eso es esperable.

Cálculo mediante nomograma

1

2

Elección del tipo de sistema

¿La localización es importante?

¿Altura mayor de 6m?

¿Largo mayor de 27m?

¿Ancho mayor de 55m?

¿Hay balconadas?

SI

NO

NO

NO

Cluster centralizado Cluster descentralizado Sistema distribuido

NO

SI

SI

SI

NO

SI

Sistema centralizado

Escenario

Audiencia

Cobertura vertical

Cobertura horizontal

Sistema descentralizado

Escenario

Audiencia

PrincipalSecundario

Ojo! Es necesario retardar los altavoces secundarios para compensar el retardo de propagación y evitar problemas de

localización

Sistema distribuido

Vista superior

Vista lateral

2·H

AudienciaH

El sonido se localiza en el techo,

no en la fuente

Sistemas de altavoces

Line arrays

• Control sobre la directividad vertical

• Menor caída del SPL con la distancia

• Gran capacidad de SPL

• Fáciles de montar y desmontar

• “Bonitos”

Ventajas de los line arrays

Desventajas de los line arrays

• Reflexiones traseras

• Salas bajas

• Altura requerida

• Caros

Ejemplo: diseño de un sistema de cine

http://www.dolby.com/in/en/technologies/dolby-atmos/dolby-atmos-specifications.pdf

http://www.dolby.com/in/en/technologies/dolby-atmos/dolby-atmos-specifications.pdf

Dolby Digital 5.1 (1992)

Pantalla

DERECHO

CENTRAL

LFE

IZQUIERDO

SURROUND IZQUIERDO

SURROUND DERECHO

Dolby Surround 7.1 (2010)

Pantalla

DERECHO

CENTRAL

LFE

IZQUIERDO

SURROUND IZQUIERDO

SURROUND DERECHO

SURROUND TRASERO IZQ.

SURROUND TRASERO DER.

Dolby Atmos (2012)

Pantalla

Altavoces de pantalla ya existentes

Altavoces surround ya existentes

Altavoces surround laterales extra

Altavoces surround superiores extra

Altavoces surround LFE extra

Altavoces de pantalla extra

Altavoces de pantalla

• Deben colocarse sobre un muro con mucho material absorbente para evitar distorsiones

• Mínimo 3 altavoces. Si la pantalla mide más de 12 metros de ancho, se recomiendan 5

• Nivel de presión sonora objetivo: 105dB

• Respuesta en frecuencia: 80Hz-16kHz ±3dB

• Se recomienda colocarlos a 2/3 de la altura de la pantalla, para evitar exceso de presión sonora en las primeras filas

• Altavoces orientados horizontalmente hacia el centro y verticalmente hacia 2/3 de la longitud de la sala

Subwoofer de pantalla

• Nivel de presión sonora objetivo: 10dB más que el altavoz central de pantalla

• Respuesta en frecuencia: 31,5Hz - 120Hz ±3dB

• Se coloca cerca del centro, pero no exactamente para evitar modos propios.

Altavoces surround

• Su número dependerá del tamaño de la sala

• Nivel objetivo: 99dB

• Respuesta en frecuencia: 40Hz - 16kHz ±3/-6dB

Surround laterales Surround traseros

Surround traseros

• Todos a la misma altura, por encima de la audiencia

• Horizontalmente, hacia el centro de la sala

• Verticalmente, hacia un asiento justo en el lado opuesto del altavoz

Surround laterales

• Sobre una línea imaginaria desde el central de pantalla hasta los surround traseros

• Equiespaciados

• Apuntamiento idéntico que para los traseros

Surround superiores

• Sobre el techo

• Equiespaciados

• A la altura de los altavoces central-izquierdo y central-derecho de la pantalla

• Apuntando hacia el centro de la sala

LFE-Surround

• Al menos 2

• Nivel objetivo igual al central de pantalla

• Respuesta en frecuencia: 40Hz - 120Hz ±3/-6dB

• En la parte trasera, nunca en las esquinas

• Recomendable en la parte superior o incluso en el techo

Monitores de escenario

• Qué necesitan los músicos:

• Oírse a sí mismos

• Sentir que están sonando bien

• Sentirse “seguros”

• Ejemplo:

• El vocalista debe oírse a sí mismo para saber si está afinado y también debe oír al grupo

• El batería puede necesitar oír una pista de metrónomo

• Cada músico tendrá sus requerimientos concretos.


Autoajuste

• Se permite a los músicos ajustar su propia mezcla de monitorización

• Problemas:

• Puede distraer a los músicos

• Es necesaria mucha experiencia

• Los músicos tienden a subir demasiado el nivel


• Pero hay un problema…

• Si los músicos se mueven, se salen de la zona de “cobertura” de su monitor

• Para esto se usan los “side-fills”…

• …que también dan muchos problemas:

• Añaden mucho más ruido sobre el escenario

• “Está tan alto que no oigo nada”

Side-fills

Para los baterías...

• Los monitores no suelen funcionar bien por el ruido de la batería

• Si el batería toca utilizando un metrónomo, no tienen por qué oírlo los demás (ni el público)

• Solución: cascos


• ¿Y el técnico de sonido?

• Se suele colocar en un lateral del escenario

• Facilita la comunicación con los músicos

• Puede oír lo que pasa en el escenario

• ¿Cómo monitorizar las mezclas?

• Con cascos aislantes

• Con un monitor “de cuña”


• El gran problema: la realimentación

• Los monitores suelen estar muy cerca de los micrófonos

• Algunas soluciones:

• Acercar los micrófonos a las fuentes sonoras

• Si la fuente sonora tiene un nivel alto, mejor

• Alejar los altavoces de los micrófonos

• Reducir el nivel de los altavoces tanto como sea posible

• Ecualizar las frecuencias más problemáticas


• Ventaja:

• Permite a cada músico oir una mezcla a medida y además el sonido de su propio amplificador y la reverberación de la sala.

• Problemas:

• El nivel tiene que ser muy alto

• Posibilidad de realimentación

• El sonido también se propaga hacia la audiencia

In Ear Monitors (IEM)

• Ventajas:

• Menos agresivos para el oído

• La mezcla se puede hacer completamente a la medida de cada músico

• Desventajas:

• Al principio resultan molestos

In Ear Monitors (IEM)

Arquitecturas de sistemas de sonido

Sistemas para reproducción sonora

• Pubs, discotecas, cines, etc.

• Material previamente grabado y mezclado -> Pocas manipulaciones

• La distorsión y ruido introducidos por el sistema se notan más que en los sistemas de directos.

PC

CD

Mesa de mezclas

Ecualizador

Amplificador

Altavoces

Sistemas para refuerzo sonoro

• Muchas fuentes distintas

• Gran cantidad de unidades de efectos, ecualizadores, etc.

• Puede ser necesaria una segunda mesa sólo para el sonido sobre el escenario

Sistemas para refuerzo sonoro (II)

Unidades de efectos

Líneas del escenario

Mesa de monitores

Ecualizadores de monitores

Amplificadores de monitores

Monitores

Unidades de efectos

Splitter

Mesa principal

PC

CD

Micrófonos de vozMicrófonos de instrumentos

Efectos de instrumentos

Teclado

A la mesa demonitores

Al grupo de salida

Un concepto: Headroom

• Es la diferencia entre el nivel medio del sonido en una aplicación y el máximo que soporta el sistema

• Varía con la aplicación:

• Música clásica: Hace falta mucho (30dB)

• Rock: A lo mejor bastan 20dB

• Megafonía: Con 6dB a lo mejor sobra

HEADROOM

Ruido de fondo

120

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

dB

Nivel medio del sonido

Nivel máximo soportado

Sonido Surround

Un poco de historia

• El sonido surround lleva utilizándose desde los años 30 (3 canales frontales para el cine, desarrollados por Bell Labs)

• En 1941 se añadieron los canales traseros, para la película Fantasía de Walt Disney. Era el sistema de sonido Fantasound, también utilizado para el Cinemascope de la Fox.

• En los años 60 el sistema Dolby Surround se convirtió en el estándar de facto, con 4 canales.

• En los años 70 se creo el sistema Quad, para música, que acabó desapareciendo por falta de compatibilidad.

Ventajas del surround

• El sonido es más claro

• No hay un sweet spot

• La posición de los altavoces no es tan crítica

• Más posibilidades para la mezcla

Dolby AC-3

• Creado en 1991 para la película “Batman returns”.

• Es un codificador pensado desde el principio para la industria del cine (audio multicanal), que acabó adaptándose para aplicaciones domésticas (home theater)

• Es el estándar para la televisión de alta definición en EEUU y DVD-Video

• Velocidades binarias soportadas: desde 32 hasta 640kbps

• Frecuencias de muestreo: 32, 44.1 y 28 kHz

Tecnologías Dolby para consumo

• Dolby Volume: Control automático de volumen

• Dolby ProLogic IIx: Convierte audio a 5.1, 6.1 ó 7.1

• Dolby TrueHD: Codificador sin pérdidas

• Dolby Digital 5.1: El básico. Sonido 5.1

• Dolby Digital Plus: Hasta 7.1 canales.

• Dolby Pro Logic IIz: Como el IIx pero añade altura.

Dolby Atmos

• Añade sensación de elevación

• Mínimo de 6 altavoces o una barra de sonido

Dolby Atmos

Tecnologías Dolby

Blu-ray DVD

Codec Canales Bitrate Canales Bitrate

5 . 1 640 kbps 5 . 1 448 kbps

7 . 1 1.7 Mbps

8 18 Mbps

Tecnologías Dolby para cines

• Dolby Vision: Ajuste de la imagen

• Dolby 3D: Para películas 3D

• Dolby Surround 7.1: Sonido 7.1 para cines

• Dolby Digital Cinema: El básico. Sonido 5.1 digital.

• Dolby Atmos: Hasta 64 canales.

Dolby Surround 7.1

Dolby Atmos

Tecnologías DTS (consumo)

Codificación sin pérdidas, hasta 7.1 canales

Codificación con pérdidas, hasta 5.1 canales

Equivalente al Prologic II de Dolby

Extensión del Neural Surround hasta 11.1

SDDS

• Es una tecnología exclusiva para salas de cine

• Ofrece hasta 8 canales de sonido

• La información se graba en los bordes externos de la película

Dolby AC-3

Dolby AC-3, DTS y SDDS

• Pueden existir fallos de sincronismo

• El ratio de compresión es menor que en AC-3

• Se suele coincidir en que es el formato más fiel al sonido del master

• La instalación es más barata

Ventajas e inconvenientes de DTS

Ventajas e inconvenientes de Dolby AC-3

• Usa un ratio de codificación elevado

• Puede haber problemas con los cambios de rollo, aunque se puede evitar

• Es el formato más extendido

• El audio va sobre la película para evitar problemas de sincronismo

Ventajas e inconvenientes de SDDS

• Tiene el ratio de codificación más bajo de todos (creo)

• Proporciona 8 canales de sonido, aunque no hay demasiados cines que soporten esto

• Está muy ligado a Sony y sus estudios (Columbia, Tristar, etc.)

• Es el sistema más caro de instalar

THX

• Es un sistema de certificación de la calidad creado en 1983 para asegurar que la película “El retorno del Jedi” se escuchase igual en los mejores cines.

• THX viene de Tomlinson Holman’s eXperiment.

• THX impone unos requisitos muy estrictos para los cines:

• Suelo flotante

• Paredes tratadas acústicamente

• Pantalla perforada

• Ruido de fondo NC-30

• Ángulo de visión

• Calidad de la imagen

Altavoces frontales empotrados

Aislamiento entre salas

Control de la reverberación

Posición de la pantalla

Proyección de la película

THX

• Criterios de certificación para cines:

• Ruido de fondo (NC-30)

• Aislamiento acústico

• Reverberación

• Ángulo de visión

• Calidad de la imagen

• Equipamiento

• Instalación de los equipos

¿Cómo coloco los altavoces en casa? Estéreo

Sonido 5.1

Sonido 7.1

Sonido 9.1

Sonido 5.1.2 (con altavoces verticales)

Sonido 5.1.2 (con altavoces en el techo)

Sonido 5.1.4 (con altavoces verticales)

Sonido 5.1.4 (con altavoces en el techo)

sistemas de refuerzo sonoro

Technology