Material Didáctico

208038 - MATERIAL DIDÁCTICO ELECTROACÚSTICA APLICADA A LA MÚSICA

TECNOLOGÍA EN AUDIO ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD 2011

Contenido Temático

208038-Tabla de Contenido Material Didáctico

UNIDAD UNO FUNDAMENTOS DE ELECTROACÚSTICA¡Error! Marcador no definido.

CAPITULO NO. 1 ONDAS¡Error! Marcador no definido.

LECCIÓN No. 1 ONDAS PLANAS LONGITUDINALES UNO

LECCIÓN No. 2 ONDAS PLANAS LONGITUDINALES DOS

6LECCIÓN No. 3 ONDAS ESFÉRICAS UNO7

LECCIÓN No. 4 ONDAS ESFÉRICAS DOS

8

CAPITULO No. 2 ANALOGÍAS ELECTROACÚSTICAS

LECCIÓN No. 5 ANALOGÍAS ELECTRO MECÁNICO ACÚSTICAS10

LECCIÓN No. 6 CIRCUITOS MECÁNICOS12

LECCIÓN No. 7 CIRCUITOS ACÚSTICOS

14

CAPITULO No. 3 DIRECTIVIDAD

LECCIÓN No. 8 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES ESFÉRICAS¡Error! Marcador no definido.

LECCIÓN No. 9 DIAGRAMAS DIRECCIONALES COMBINACIÓN DE FUENTES SIMPLES16

LECCIÓN No. 10 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES DE SECCIÓN PLANA18

LECCIÓN No. 11 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES CURVAS20

LECCIÓN No. 12 ÍNDICE DE DIRECTIVIDAD Y FACTOR DE DIRECTIVIDAD

22

UNIDAD DOSTRANSDUCTORES E INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS

CAPITULO No. 4 MICRÓFONOS

LECCIÓN No. 13 CARACTERÍSTICAS GENERALES24

LECCIÓN No. 14 TIPOS DE MICRÓFONOS UNO28

LECCIÓN No. 15 TIPO DE MICRÓFONOS DOS30

LECCIÓN No. 16 TIPO DE MICRÓFONOS TRES33

LECCIÓN No. 17 TIPO DE MICRÓFONOS CUATRO

36

CAPITULO No. 5 ALTAVOCES

LECCIÓN No. 18 ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA UNO

LECCIÓN No. 19 ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA DOS40

LECCIÓN No. 20 BOCINAS UNO42

LECCIÓN No. 21 BOCINAS DOS44

LECCIÓN No. 22 CAJAS ACÚSTICAS PARA ALTAVOCES

45

CAPITULO No. 6 INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS

LECCIÓN No. 23 CRITERIOS GENERALES PARA LA SELECCIÓN Y COLOCACIÓN DE ALTAVOCES48

LECCIÓN No. 24 CONEXIÓN Y ADAPTACIÓN DE ALTAVOCES48

LECCIÓN No. 25 CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS UNO50

LECCIÓN No. 26 CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS DOS52

LECCIÓN NO. 27 INSTALACIONES EN RECINTOS CERRADOS54

LECCIÓN No. 28 INSTALACIONES EN ESPACIOS ABIERTOS56

LECCIÓN No. 29 CALCULO DEL NUMERO DE ALTAVOCES

58

UNIDAD TRES PSICOACUSTICA

CAPITULO No. 7 PERCEPCIÓN AUDITIVA

LECCIÓN No. 30 ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL OÍDO

LECCIÓN No. 31 UMBRAL AUDITIVO Y TIMBRE62

LECCIÓN No. 32 SONORIDAD65

LECCIÓN No. 33 ENMASCARAMIENTO Y FRECUENCIA67

LECCIÓN No. 34 LOCALIZACIÓN ESPACIAL DE FUENTES

69

CAPITULO No. 8 INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA Y CRITERIOS PSICOACUSTICOS

LECCIÓN No. 35 LA VOZ

LECCIÓN No. 36 ESPECTRO DE LA PALABRA Y ESTIMACIÓN DE LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA74

LECCIÓN No. 37 FACTORES QUE AFECTAN LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA76

LECCIÓN No. 38 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA AUDITORIOS77

LECCIÓN No. 39 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS RESIDENCIALES79

LECCIÓN No. 40 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS DE OFICINAS

80

CAPITULO No. 9 INSTRUMENTOS MUSICALES Y SONIDO EN VIVO

LECCIÓN No. 41 INSTRUMENTOS DE CUERDA81

LECCIÓN No. 42 INSTRUMENTOS DE VIENTO83

LECCIÓN No. 43 INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN85

LECCIÓN No. 44 CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO UNO88

LECCIÓN No. 45 CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO DOS89

BIBLIOGRAFÍA91

Unidades Conceptuales

Unidad Uno Fundamentos de Electroacústica

El escenario temático que plantea el campo de la electroacústica está integrado por múltiples elementos, fenómenos y conceptos que encuentran en otras vertientes de la ciencia como la electrónica, la mecánica, la acústica, la física y el sonido, los elementos teóricos y metodológicos necesarios para consolidar un conocimiento científico particular que se centra en la descripción de las características eléctricas y acústicas de los sistemas, los dispositivos y las instalaciones de audio.

El estudio de los conceptos teóricos básicos que dan soporte a los diferentes contenidos abordados en el campo de la electroacústica, es de gran importancia para lograr una comprensión adecuada de las características y el funcionamiento de los sistemas, dispositivos e instalaciones electroacústicas de audio.

En este sentido, se deben desarrollar tres temáticas fundamentales que sirven de soporte para abordar el estudio más complejo de la electroacústica. La primera de ellas tiene que ver con las ondas esféricas y planas tanto longitudinales como transversales. En la segunda se abordan los temas relacionados con las representación y esquematización eléctrica y mecánica de los fenómenos acústicos. Finalmente en la tercera temática, se tratan los aspectos inherentes a la directividad de los transductores electroacústicos de entrada y de salida de señal de audio.

Capítulo No. 1 Ondas

ONDAS PLANAS LONGITUDINALES UNO

LECCIÓN No. 1 ONDAS PLANAS LONGITUDINALES UNO

Las ondas acústicas se conciben como la propagación sobre un medio elástico de una perturbación de presión que se origina en un punto específico del espacio y se transmite a los puntos que se encuentran alrededor del mismo.

La siguiente figura indica la manera como se propaga una onda longitudinal a través del movimiento de cada una de las piezas que conforman la cadena de vagones del tren. La compresión ejercida sobre la locomotora L genera la rápida transmisión del movimiento hacia los vagones del tren que se desplazan en la misma dirección en que lo hace la onda o perturbación.

Fig. 1. Propagación de una onda longitudinal.

Cuando la perturbación se transmite a través de un medio elástico se dice que la onda que se origina es elástica y el punto donde surge se llama foco o fuente.

En este sentido, el sonido es una perturbación que se propaga a través de un medio elástico a una velocidad específica. El medio elástico de propagación por excelencia de la onda de sonido es el aire, el cual al entrar en movimiento por cualquier perturbación como el golpe sobre las cuerdas de un violín, transmite a gran velocidad dicha perturbación generando así el sonido característico del instrumento.

Fig. 2. Ecuación de propagación de una onda plana.

En la ecuación diferencial la variable ξ es el desplazamiento de la partícula de aire desde la posición de equilibrio a lo largo del eje x; C es la velocidad de propagación de la onda y t el instante de tiempo en que se inicia el movimiento.

Las ondas planas longitudinales solo se propagan en una dirección específica el espacio.

ONDAS PLANAS LONGITUDINALES DOS

LECCIÓN No. 2 ONDAS PLANAS LONGITUDINALES DOS

La propagación de las ondas planas en el espacio y en especial en un medio elástico como el aire, está sujeta a variables como la densidad de energía de la onda, la intensidad y la impedancia acústica, la frecuencia y la fase de la misma.

Cuando se habla de densidad de energía de las ondas planas, se hace referencia a la cantidad de energía que la llegada de una onda transfiere a una partícula del medio. La energía que se genera en la fuente de la perturbación crea una

densidad de energía que es transmitida por la onda a lo largo de todo el desplazamiento y el medio de propagación de la misma.

Fig. 3. Ecuación densidad de energía de una onda plana.

Por otro lado, la intensidad de una onda acústica se define como el valor medio del flujo de energía que atraviesa un área normal específica en la dirección de propagación de la onda; ésta variable se expresa en W/m2 (Recuero, 1999:86). De igual forma, la impedancia acústica de una onda plana es el resultado de la relación entre la presión acústica en un medio y la velocidad de la partícula.

Fig. 4. Ecuación de intensidad e impedancia acústica.

En los medios de propagación elásticos la velocidad del sonido se mantiene constante en todo el espectro de frecuencias; la dispersión y los cambios en la velocidad solo se generan en medios de propagación no elásticos. En cuanto a la fase también se tiene que para medios elásticos la onda de sonido se propaga conservando la misma fase en todo el espectro de frecuencia, generalmente los cambios en la fase son generados por barreras o perturbaciones adicionales que la onda de sonido encuentra en su camino de propagación.

ONDAS ESFÉRICAS UNO

LECCIÓN No. 3 ONDAS ESFÉRICAS UNO

Las ondas esféricas a diferencia de las longitudinales se propagan de forma circular en todas las direcciones. Estas ondas también pueden ser longitudinales y transversales; es decir, su propagación se puede realizar en el mismo sentido de la perturbación o de forma transversal a la misma.

Fig. 5. Propagación onda esférica.

Las ondas esféricas se caracterizan por tener un frente de onda o superficie de onda que se define como el lugar geométrico donde los puntos generados por la perturbación inicial de la fuente puntual, chocan con las partículas del medio de propagación.

Fig. 6. Frente de onda de una onda esférica.

La expresión matemática del desplazamiento de una onda esférica se relaciona en la siguiente figura.

Fig. 7. Ecuación de propagación de una onda esférica.

ONDAS ESFÉRICAS DOS

LECCIÓN No. 4 ONDAS ESFÉRICAS DOS

La propagación de las ondas esféricas al igual que las longitudinales, están sujetas a variables como la frecuencia, la fase, la impedancia e intensidad acústica.

La impedancia acústica para las ondas esféricas se obtiene de la relación entre la amplitud de presión sonora y la amplitud de velocidad.

Fig. 8. Ecuación de impedancia e intensidad acústica onda esférica.

La intensidad de una onda esférica se puede comprender como el valor medio necesario para que la onda trabaje sin ninguna dificultad en contra del medio elástico externo. Esta variable está asociada al valor de intensidad que una onda debe tener para romper con la resistencia generada por el aire a la propagación de la onda de sonido. La expresión matemática de la intensidad acústica se relaciona en la siguiente figura.

Radiación de una fuente esférica: El monopolo es el tipo de fuente más sencilla capaz de generar una onda esférica. Es un modelo ideal de radiación que no contempla condiciones como las características medio ambientales y las barreras naturales del espacio, que afectan el medio elástico de propagación de la onda. Estas condiciones se denominan como de campo libre.

Fig. 9. Radiación fuente esférica ideal y real.

En la práctica las fuentes sonoras no son puntuales. Las diferentes formas de los radiadores hacen que la onda generada no se propague como en el modelo ideal de radiación. Las características físicas, de campo libre y medio ambientales también inciden en el patrón de radiación de la fuente.

Capítulo No. 2 Analogías Electroacústicas

ANALOGÍAS ELECTRO MECÁNICO ACÚSTICAS

LECCIÓN No. 5 ANALOGÍAS ELECTRO MECÁNICO ACÚSTICAS

Las analogías electro mecánico acústicas son utilizadas para describir, caracterizar y analizar el comportamiento de los diferentes sistemas de sonido recurriendo a la modelación mecánica y eléctrica de los fenómenos acústicos, para así facilitar su comprensión sin necesidad de resolver las complicadas ecuaciones diferenciales que generalmente se usan para describir el comportamiento de las ondas de sonido, los fenómenos acústicos y los dispositivos de audio. La transmisión de energía y la transformación de la misma es el eje central sobre el cual se crean las representaciones mecánicas, eléctricas y acústicas.

Para crear una representación esquemática de los fenómenos sonoros utilizando componentes mecánicos y eléctricos se deben cumplir cuatro condiciones básicas.

El fenómeno debe permitir la creación de una representación esquemática por inspección del mismo.

Debe permitir la manipulación de los diferentes componentes y variables inherentes al fenómeno para poder realizar una agrupación de elementos mecánicos y eléctricos que representen en un solo modelo el evento analizado.

Debe conservar la identidad de cada elemento del circuito con el fin de generar una representación exacta del fenómeno reconociendo las fuerzas, inductancias, voltajes y cargas asociadas al mismo.

Se debe utilizar y representar con los símbolos y convenciones propias de la representación de los circuitos eléctricos.

Los diagramas esquemáticos para la representación de circuitos están compuestos generalmente por dos tipos de generadores y cuatro clases de elementos eléctricos: las resistencias, las capacitancias, las inductancias y los transformadores. En la figura número 1 se relacionan dichos elementos con su correspondiente significado (Beranek, 1961:51).

La representación mecánica y acústica de los fenómenos sonoros a partir de elementos de diagramación de circuitos es de dos tipos: una analogía de impedancia y una de movilidad. En la figura número dos se indican dichas analogías y su significado eléctrico y matemático. En las figuras las letras a, b, c

significan la caída de voltaje a través de un elemento del circuito, el flujo a través de un elemento del circuito y la magnitud del elemento del circuito respectivamente.

Fig. 10. Significado físico y matemático de los símbolos eléctricos.

En las analogías tipo impedancia se cambia la fuerza por tensión, la masa por inductancia y la velocidad por corriente. En contraste, en las analogías tipo movilidad se tiene que la velocidad se sustituye por la tensión, la masa por capacitancia y la fuerza por corriente.

Fig. 11. Sistema mecánico acústico y su circuito eléctrico equivalente (analogía tipo impedancia).

En la siguiente figura se relacionan las representaciones matemáticas de los diferentes elementos de un sistema eléctrico y, su equivalencia en las analogías tipo impedancia y movilidad para un sistema mecánico y acústico.

Fig. 12. Significado eléctrico y matemático de las analogías de movilidad e impedancia.

CIRCUITOS MECÁNICOS

LECCIÓN No. 6 CIRCUITOS MECÁNICOS

Las analogías mecánicas generalmente se utilizan para representar el comportamiento mecánico de los diferentes dispositivos de sonido. No siempre

es necesario hacer una transformación de los elementos mecánicos en elementos eléctricos para generar los diferentes tipos de analogías; movilidad e impedancia, ya que muchos de los elementos y conceptos que se manejan en la mecánica y la eléctrica son similares.

Fig. 13. Palanca mecánica y su analogía eléctrica tipo movilidad y

tipo impedancia.

Las analogías mecánicas, a diferencia de las eléctricas que trabajan con corrientes, emplean la velocidad con que actúan los diferentes componentes del sistema como variable fundamental para el análisis de los sistemas de sonido. Las siguientes tablas muestran la equivalencia de las diferentes variables que se emplean en los sistemas mecánicos y eléctricos para una analogía tipo impedancia y una tipo movilidad correspondientemente (Recuero, 1999:54).

CIRCUITOS ACÚSTICOS

LECCIÓN No. 7 CIRCUITOS ACÚSTICOS

La construcción de los circuitos acústicos representa un mayor grado de dificultad como consecuencia de las complicaciones que se tiene para identificar los elementos que representan cada una de las variables y aspectos que intervienen en un fenómeno acústico. Por lo general los sistemas acústicos son representados por analogías tipo impedancia.

Fig. 14. Representación de los elementos básicos de los sistemas acústicos, eléctricos y mecánicos.

La siguiente tabla relaciona las equivalencias entre las variables de los sistemas eléctricos, mecánicos y acústicos. Cuando se habla de admitancia se hace referencia a la analogía tipo movilidad de los circuitos.

La siguiente figura indica una representación esquemática de un resonador de Helmholtz.

Fig. 15. Representación eléctrica de un resonador de Helmholtz.

Capítulo No. 3 Directividad

DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES ESFÉRICAS

LECCIÓN No. 8 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES ESFÉRICAS

Comúnmente las características de direccionalidad de los transductores de entrada y de salida de audio, son representadas a través de un gráfico que señala la dirección de la onda de entrada y salida, en relación a un plano concreto y a una frecuencia especifica de propagación. Los diagramas polares de radiación son los esquemas gráficos que indican el ángulo de difusión y captura de un sonido a través de los dispositivos electrónicos de transducción.

Fuente esférica: Las fuentes esféricas son las más sencillas de todas. También conocidas como fuentes puntuales o fuentes simples, tienen como característica fundamental la capacidad de irradiar y capturar de forma uniforme una señal acústica en todas las direcciones, es decir, en un ángulo de 360°. La siguiente figura muestra el diagrama polar de directividad asociado a dicha fuente.

Fig. 16. Diagrama direccional de una

fuente simple.

Cuando las dimensiones de los radiadores son menores que la longitud de onda de la señal emitida y también mantengan su fase constante, el patrón polar de radiación es siempre el mismo sin importar las características de los mecanismos de transducción.

DIAGRAMAS DIRECCIONALES COMBINACIÓN DE FUENTES SIMPLES

LECCIÓN No. 9 DIAGRAMAS DIRECCIONALES COMBINACIÓN DE

FUENTES SIMPLES

Las características direccionales de un transductor están dadas por la combinación de dos o más fuentes simples de radiación. El análisis particular de cada una de ellas y los fenómenos subyacentes al trabajo conjunto de las mismas, permiten caracterizar los patrones direccionales de transmisión de dichas fuentes. Variables como el tamaño, la distancia entre los radiadores, la fase y la frecuencia, agregan elementos que intervienen directa o indirectamente en el patrón polar de radiación de las fuentes.

Fig. 17. Diagrama de directividad de dos fuentes simples en fase.

La siguiente figura muestra la disposición geométrica para el análisis del comportamiento de dos fuentes puntuales en fase.

Fig. 18. Diagrama de dos fuentes

simples en fase.

Las diferencias en los patrones de radiación de los diagramas polares están dadas por la variación de alguno de los elementos que integran el sistema de análisis, es decir, cuando cambian variables asociadas a la distancia entre fuentes, entre el oyente, la longitud de onda de la frecuencia emitida, la fase, la presión sonora, etc. Entre mayor sea la distancia entre las fuentes (b) los cambios en la directividad son más pronunciados, la fuente deja de ser omnidireccional para transformarse en una direccional. La directividad surge especialmente como consecuencia de la diferencia de fase y la interferencia que se da entre las dos señales emitidas por ambas fuentes, la cancelación de algunas componentes del espectro en un ángulo determinado de corte generan el patrón de directividad de los transductores.

Fig. 19. Diagrama de espectro de radiación energética de dos fuentes simples separadas por una distancia

de 3.4m; igual a 360°.

La figura 19 ilustra el espectro de radiación de dos fuentes separadas 3.4m (b) la una de la otra. El patrón polar de directividad está relacionado en la figura 17 (b).

DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES DE SECCIÓN PLANA

LECCIÓN No. 10 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES DE SECCIÓN PLANA

Existen muchos altavoces diseñados a partir de un radiador rígido que está fijo a una superficie plana en una sección del mismo. Esta característica hace que el diagrama polar de radiación de señal sonora sea diferente en relación a los patrones de radiación de las fuentes puntuales omnidireccionales y direccionales. La pared o superficie plana que contiene al radiador se la conoce como sonodeflector.

Fig. 20. Pistón fijado a un sonodeflector rígido.

El resultado del diseño de altavoces con esta característica es la construcción de sistemas con un patrón de directividad muy estrecho en el rango de 0° a 180°. De igual forma que en las fuentes simples, la directividad se ve afectada por la variación de parámetros como la distancia entre los radiadores, entre el sonodeflector, la rigidez del mismo, la frecuencia, la fase, etc.

Fig. 21. Diagrama polar de directividad de un pistón fijo a un

sonodeflector rígido.

Las diferentes variaciones en el diseño de altavoces que emplean un radiador rígido como sistema de transducción, generan una amplia gama de dispositivos de emisión con patrones de directividad muy específicos y diferentes.

Fig. 22. Diagrama polar de directividad de un pistón rígido sujeto

al extremo de un tubo.

Fig. 23. Diagrama polar de

directividad de un pistón rígido sin sonodeflector.

La característica común de los arreglos lineales ya sean con fuentes simples, una combinación de ellas o con un radiador rígido o varios de ellos, es que éstas son más direccionales a medida que aumenta la relación entre sus dimensiones y la longitud de onda de la señal emitida.

DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES CURVAS

LECCIÓN No. 11 DIAGRAMAS DIRECCIONALES FUENTES CURVAS

A diferencia de los arreglos lineales vistos en la sección anterior, las fuentes curvas son sistemas integrados por varios radiadores pequeños que tienen un frente curvo; las bocinas parabólicas y los megáfonos son los dispositivos más populares de este tipo de transductores.

Fig. 24. Bocinas con frentes radiantes curvos y diagrama de radiación de

una fuente simple curva.

Cuando la distancia entre la fuente de radiación y el oyente es mayor que el radio de la bocina, el patrón polar de radiación de la fuente se torna bastante directivo. La siguiente figura muestra el patrón polar de radiación de una fuente curva.

Fig. 25. Patrón polar de radiación de una fuente curva.

Entre más grande sea el radio de la bocina el patrón de directividad es más estrecho. En la figura numero 16 se muestra como el ángulo de cobertura de la bocina cambia cuando su radio (R) se incrementa en relación a la longitud de onda de la señal emitida; el patrón de máxima directividad y menor cobertura en este tipo de fuentes se consigue cuando la longitud de onda es igual al radio de la bocina. En este sentido, en bajas frecuencias la directividad de las bocinas no es buena, pero mejora a medida que la frecuencia aumenta.

ÍNDICE DE DIRECTIVIDAD Y FACTOR DE DIRECTIVIDAD

LECCIÓN No. 12 ÍNDICE DE DIRECTIVIDAD Y FACTOR DE DIRECTIVIDAD

Los diagramas polares son ampliamente utilizados para generar en el usuario una idea rápida acerca del comportamiento de un transductor con respecto a la direccionalidad del mismo; esto es usual especialmente cuando se trabaja con ellos en espacios abiertos o con superficies reflejantes ubicadas a una gran distancia en relación a la fuente. Por el contrario, cuando se trabaja en recintos cerrados y de reducido tamaño es importante contar con información adicional como la potencia total radiada, con el fin de calcular adecuadamente el efecto de la reverberación de la sala sobre la salida de la fuente sonora (Beranek, 1961:113).

En este sentido, el cálculo de la potencia total radiada se hace para cada frecuencia y se expresa a través de un número que indica el grado de directividad sin recurrir al diagrama polar para identificar el mismo. Este valor se conoce como factor de directividad o, cuando es referenciado en dB se lo llama índice de directividad (Beranek, 1961:113).

Índice de directividad DI: La expresión matemática del índice de directividad está dada por la siguiente fórmula:

El DI es 10 veces el logaritmo del factor de directividad Q, lo cual es igual a la expresión en decibeles del valor calculado Q.

Factor de directividad Q: El factor de directividad de un transductor es el cociente entre el cuadrado de la presión sonora; a una distancia fija y en una dirección específica, y el promedio de los cuadrados de las presiones en todas las direcciones medidas a la misma distancia (Ruffa, 2006: 28).

Un aspecto importante que se relaciona con estos dos conceptos es el ángulo de cobertura CL, el cual se define como el ángulo que se crea entre dos puntos ubicados a ambos lados del eje central de radiación del altavoz y, donde el nivel de presión sonora disminuye en promedio 6 dB.

Ahora bien, el factor de directividad Q también se muestra a través de diagramas polares e isobáricos que relacionan su valor y el ángulo de cobertura de un altavoz para diferentes frecuencias.

Fig. 26. Factores de directividad con CL=100°.

Unidad Dos Transductores e Instalaciones Electroacústicas

En electroacústica el estudio de los transductores de entrada y de salida de señal de audio al igual que de las instalaciones de sonido, es una labor de gran importancia ya que es aquí donde se concentra el acervo más grande de conocimientos teóricos relacionados con el área en mención. Los elementos y fenómenos eléctricos, mecánicos, físicos y acústicos que de ellos se desprenden, permiten el análisis específico de las características de transducción de los dispositivos y del conjunto de aspectos y conceptos básicos que hacen parte de una instalación electroacústica de audio.

En este sentido, en la unidad se desarrollarán temas estrictamente relacionados con los micrófonos y altavoces; sus partes, funcionamiento, tipos y características electroacústicas más relevantes, sin dejar a un lado las temáticas relacionadas con el diseño y puesta en marcha de las instalaciones electroacústicas.

Capítulo No. 4 Micrófonos

CARACTERÍSTICAS GENERALES

LECCIÓN No. 13 CARACTERÍSTICAS GENERALES

Los micrófonos son transductores electroacústicos de entrada que convierten la energía acústica inherente a un sonido en energía eléctrica. Estos dispositivos tienen dos funciones fundamentales. La primera es la de capturar señal musical o la palabra y transformarla en una señal eléctrica para que pueda ser manipulada, procesada y transmitida a través de algún transductor de salida. La segunda función es servir como instrumento de medición que transforme la señal para su posterior análisis y la formulación de indicadores relacionados con el comportamiento acústico y eléctrico de los sistemas de audio.

Respuesta en frecuencia: La respuesta en frecuencia de un micrófono es una de las características más importantes porque establece el rango dinámico en frecuencia que el dispositivo es capaz de capturar sin generar altos grados de distorsión de señal; por lo general la respuesta en frecuencia de los micrófonos es plana en un rango específico con variaciones mínimas en amplitud que están alrededor de los ± 3 dB.

Fig. 27. Respuesta en frecuencia de un micrófono.

Directividad: Este aspecto determina el patrón polar de captura que cada micrófono tiene. La dirección de captura de señal acústica está determinada por las características eléctricas y mecánico - acústicas de los diferentes componentes que integran el dispositivo.

Los patrones polares que relacionan la directividad de los micrófonos se dividen en dos grandes categorías: direccionales y omnidireccionales. Igualmente los micrófonos direccionales se dividen en cuatro categorías fundamentales: cardioides, supercardioides, hipercardioides y bidireccional.

Patrón polar omnidireccional. Esta variante de directividad implica la captura de señal acústica sobre los 360° de la unidad receptora del micrófono.

Fig. 28. Patrón polar micrófono omnidireccional.

Patrón polar cardioide: Es una de las variaciones de los micrófonos direccionales, su rango direccional de captura es limitado en 180°.

Fig. 29. Patrón polar micrófono cardioide.

Patrón polar supercardioide: Es un micrófono con un patrón direccional con rango limitado de captura entre los 270°- 240° y 90°- 120°.

Fig. 30. Patrón polar micrófono supercardioide.

Patrón polar hipercardioide: Este patrón de directividad es más restringido entre los 270° y 90°.

Fig. 31. Patrón polar micrófono hipercardioide.

Patrón polar bidireccional: Los micrófonos bidireccionales son capaces de capturar energía acústica en dos direcciones contrarias, su rango de captura es nulo entre los 300°-240° y 60°-120°.

Fig. 32. Patrón polar micrófono bidireccional.

La siguiente tabla muestra un resumen de las características más importantes de cada uno de los patrones directivos polares de captura de un micrófono.

Fig. 33. Tabla de patrones polares de captura.

Sensibilidad: La sensibilidad se define como el nivel de tensión eléctrica que se obtiene en la salida del micrófono y está expresada en dBV. Esta es una medida muy importante porque resalta la capacidad que tiene el micrófono para capturar sonidos débiles; de bajo SPL. La sensibilidad de cualquier micrófono varía según la frecuencia, razón que lleva a los fabricantes de micrófonos a establecer un grado de sensibilidad fijo a unas frecuencias específicas.

La medición eléctrica de la sensibilidad de un micrófono se lleva a cabo a través de la captura del nivel de salida que el transductor de entrada genera después de haber capturado un sonido con un valor de tensión conocido. Existen dos métodos para efectuar la medición de esta variable. La primera de ellas es la

técnica del circuito abierto (0 dB = 1 V / bar) y la segunda es el cálculo de la

máxima potencia de salida del dispositivo (0 dB = 1 mW / 10 bar = 1 mW Pa) (Ruffa, 2006: 22).

Impedancia: Los micrófonos se clasifican en dos categorías según la impedancia: transductores de impedancia baja y de impedancia alta.

En la actualidad la gran mayoría de micrófonos son de impedancia baja entre 5Ω y 600Ω, destacándose los micrófonos dinámicos como los más utilizados que

cumplen esta característica. Entre los atributos más importantes de los micrófonos de baja impedancia se tiene (Ruffa, 2006: 40):

Muy bajas pérdidas de alta frecuencia, aún cuando se los utilice con cables de varias decenas de metros.

Los micrófonos de impedancia

inferior a los 300, son casi insensibles a los ruidos electrostáticos.

El zumbido inducido por campos electromagnéticos, se soluciona utilizando líneas balanceadas, con blindaje a tierra.

De este modo pueden utilizarse cables largos y de ser necesario, adaptar impedancias mediante transformadores.

Por otro lado los micrófonos de alta impedancia actualmente son poco utilizados dados sus inconvenientes en relación al ruido y la distorsión que se genera en el proceso de transducción de la señal.

TIPOS DE MICRÓFONOS UNO

LECCIÓN No. 14 TIPOS DE MICRÓFONOS UNO

En el mercado es común encontrar varias clases de micrófonos con característica electro-mecánico acústicas diferentes. Cada tipo de micrófono está compuesto por un sistema integrado por componentes eléctricos y mecánicos particulares que en conjunto, establecen las características individuales de uso, rendimiento y desempeño de cada transductor.

Micrófonos de carbón: Este tipo de micrófono es uno de los más sencillos eléctrica y mecánicamente, además de ser los más económicos del mercado, con buena sensibilidad pero muy mala transmisión de señal.

Los micrófonos de carbón transforman las variaciones de la señal acústica en variaciones de resistencia que más adelante son convertidas en oscilaciones de voltaje con un valor que está entre los 2 y 8 V. Por lo general este tipo de transductores tienen un estado de reposo con una resistencia de 120 Ω y una sensibilidad de aproximadamente 100 mV/µbar (Haberle, 1980: 17).

Fig. 34. Micrófono de carbón y su respuesta en frecuencia.

Cuando la onda de sonido incidente golpea las membranas y láminas que revisten los gránulos de carbón, éstos se comprimen y generan variaciones en la resistencia del material ante la presión de la señal.

Por otro lado, la respuesta en frecuencia de estos dispositivos no es muy buena, por lo general el espectro de respuesta es muy estrecho y está entre los 800Hz y 4000Hz. Son micrófonos que generan mucha distorsión y ruido relativamente alto como resultado de los constantes cambios en los valores de resistencia del carbón. Además las propiedades electroacústicas dependen en gran medida de factores como el clima, temperatura, humedad, etc, que hace de estos micrófonos mecanismos de transducción ampliamente inestables.

Micrófonos de presión: Este tipo de micrófono responde a las variaciones de presión de la onda de sonido incidente sobre la cara expuesta del diafragma.

Fig. 35. Micrófono de presión.

Los micrófonos de presión tiene la capacidad de capturar las variaciones de la onda acústica en todas las direcciones sin importar la posición del mismo, generando un patrón polar de directividad omnidireccional.

El diafragma de este transductor tiene una serie de diminutas perforaciones que cumplen la función de amortiguadores de las resonancias mecánicas propias de la estructura del mismo; las perforaciones no atraviesan por completo el diafragma asegurando el aislamiento acústico del sistema.

Fig. 36. Esquema de una cámara de presión y su circuito eléctrico análogo.

El voltaje de salida de un micrófono de presión siempre es el mismo sin importar la posición del transductor, la representación de la onda incidente en términos eléctricos de voltaje es muy buena en este tipo de micrófonos.

TIPO DE MICRÓFONOS DOS

LECCIÓN No. 15 TIPO DE MICRÓFONOS DOS

Micrófonos cerámicos y de cristal: Estos transductores transforman la señal acústica incidente según las deformaciones que bajo ciertas condiciones de precio y movimiento se generan en cristales o dieléctricos, que al accionarse crean potenciales eléctricos linealmente relacionados con la onda incidente y las deformaciones del cristal o el material dieléctrico.

Los micrófonos piezoeléctricos; como comúnmente se llama a este tipo de transductores, son de bajo costo y de gran tamaño. Los materiales más utilizados en la fabricación de estos dispositivos son la sal de Rochela, los cristales de fosfato di-hidrógeno de amonio (ADP), cristales de sulfato de litio y las placas cerámicas de titanio de bario (Beranek, 1961:175). Las características piezoeléctricas se controlan a través de los cortes del cristal, su orientación y espesor, determinando así la frecuencia de resonancia y el tipo y grado de la deformación que da lugar a la interpretación de la onda incidente.

Fig. 37. Cristal de Rochela.

Estos micrófonos se utilizan esencialmente en los sistemas de refuerzo acústico y en dispositivos de medición de nivel sonoro y demás variables acústicas susceptibles de medición. Se caracterizan por tener altos niveles de impedancia de salida, una adecuada respuesta en frecuencia que está aproximadamente en el rango comprendido entre 80Hz y 7000Hz, un tamaño reducido y una tendencia a deteriorarse si se exponen a altas temperaturas y niveles muy elevados de humedad.

Las características electroacústicas de los micrófonos piezoeléctricos están dadas esencialmente por las propiedades naturales de los cristales y el tratamiento en cuanto a corte, forma, tamaño, ubicación y demás aspectos relacionados, que se le dan a los diferentes elementos al ser instalados en el sistema general del transductor.

El circuito equivalente de un micrófono piezoeléctrico se relaciona en la figura 38.

Fig. 38. Circuito equivalente para los micrófonos piezoeléctricos (analogía de impedancia).

Micrófono de gradiente de presión: Los transductores de este tipo son similares a los de presión con la particularidad de que los de gradiente generan un diferencial de presión entre la cara anterior y posterior del diafragma.

Fig. 39. Micrófono de gradiente presión.

Estos micrófonos tienen un patrón polar de directividad cardioide como resultado de los cambios en fase que se generan por las perforaciones que se encuentran en el diafragma. El diagrama polar; directividad, está determinado por la longitud, tamaño y posición de las perforaciones.

La directividad de los transductores de gradiente de presión es bidireccional o de figura de ocho. Las perforaciones en el diafragma están dispuestas de manera tal que la onda sonora que proviene de la parte posterior de la cápsula incide en la cara anterior del mismo en un ángulo de 180° fuera de fase con respecto a la cara posterior.

Ahora bien, existen micrófonos que combinan las estructuras y características electro-mecánico acústicas tanto de los micrófonos de presión como de los de gradiente de presión.

Fig. 40. Esquema de un micrófono combinado de presión y de gradiente de presión.

El resultado de esta combinación es un patrón de directividad cardioide. Los cambios en la fase y la anulación de componentes de señal por interferencia destructiva generan el patrón polar particular de esta mezcla de mecanismos electroacústicos.

Fig. 41. Características direccionales de un micrófono de gradiente de presión.

Fig. 42. Características direccionales de un micrófono combinado de presión y de gradiente de presión.

TIPO DE MICRÓFONOS TRES

LECCIÓN No. 16 TIPO DE MICRÓFONOS TRES

Micrófonos dinámicos de bobina móvil: Los micrófonos dinámicos transforman la señal de sonido en señal eléctrica a través de la generación de un campo electromagnético que surge como resultado del movimiento constante de una bobina móvil. Dicha bobina se encuentra indexada a una membrana muy ligera de plástico, aluminio o papel, que está cubierta por un imán permanente (Haberle, 1980: 18).

Fig. 43. Esquema y respuesta en frecuencia de un micrófono dinámico de bobina móvil.

Cuando la onda incidente de sonido golpea el diafragma o membrana, ésta hace vibrar la bobina móvil de forma lineal según las variaciones de la onda acústica, el movimiento y la interacción constante del imán, el circuito magnético y la bobina generan la inducción electromagnética del dispositivo que transforma la señal acústica en valores de voltaje que representan de forma análoga las características propias de la onda capturada.

La sensibilidad de estos micrófonos es muy reducida, está alrededor de los 2.0 mV/µbar. Su impedancia es por lo general de aproximadamente 200Ω, tienen un nivel de distorsión muy bajo y su respuesta en frecuencia es prácticamente plana con variaciones mínimas en un espectro que comprende el rango de 50Hz hasta 12.000Hz (Haberle, 1980: 18). Estos micrófonos pueden resistir niveles de presión sonora desde 20 hasta 140 dB, son muy estables en condiciones extremas de humedad, temperatura o variaciones climáticas de todo tipo.

Los micrófonos dinámicos junto con los de condensador son los más populares del mercado, son utilizados ampliamente para la radiodifusión, el sonido en vivo, la grabación en estudio, en cine, televisión, etc.

Son dispositivos de tamaño considerable, con varios patrones polares de captura de señal, sensibles a campos magnéticos externos, baja impedancia de salida y un extenso rango de respuesta en frecuencia.

La siguiente figura muestra la representación electroacústica de un micrófono dinámico de bobina móvil.

Fig. 44. Circuito equivalente para los micrófonos dinámicos de bobina móvil (analogía de impedancia).

Micrófonos dinámicos de cinta: Estos transductores trabajan también por inducción electromagnética generada por los cambios de presión producidos por el movimiento de una cinta suspendida en medio de un campo magnético.

Fig. 45. Esquema de un micrófono de cinta.

La cinta es una lámina de aluminio corrugado muy delgada dispuesta en forma transversal o longitudinal. Cuando el diafragma se desplaza como consecuencia de la onda de sonido incidente, la cinta se mueve de forma análoga cortando las líneas del campo magnético producido por el imán.

Los micrófonos de cinta se caracterizan por ser del tipo gradiente de presión ampliamente utilizados en estudios de grabación por su buena respuesta en frecuencia, sensibilidad y patrón polar de captura. Como característica particular de esta clase de micrófonos se tiene un rango de frecuencia prácticamente plano con variación de ±1 dB, con excelente respuesta en altas frecuencias. La impedancia de estos dispositivos es baja y su sensibilidad es bastante alta.

Fig. 46. Circuito equivalente para los micrófonos dinámicos de cinta (analogía de impedancia).

TIPO DE MICRÓFONOS CUATRO

LECCIÓN No. 17 TIPO DE MICRÓFONOS CUATRO

Micrófonos de condensador: Los micrófonos de condensador o de alimentación externa funcionan a través de un campo electrostático de alimentación que se fundamenta en la atracción y repulsión de cargas eléctricas. El dispositivo en si es un capacitor que varía su carga entre 40 y 50 pF dependiendo de las variaciones que genera una de las placas indexadas al diafragma, en función de las características de la onda acústica incidente.

Estos micrófonos son ampliamente utilizados para la medición acústica y la grabación de alta fidelidad para producciones musicales, cinematográficas y audiovisuales en general.

Fig. 47. Esquema de un micrófono de condensador.

Estos transductores son de dos tipos, los de alimentación externa y los polarizados también conocidos como electret. Los micrófonos de alimentación externa son los más comunes de esta categoría, funcionan a través del suministro de un voltaje de carga de 48V denominado Phantom Power. Cuando se aplica el voltaje antes mencionado, el movimiento del diafragma genera variaciones en la tensión produciendo una señal de audio eléctrica de salida proporcional a la onda acústica capturada. En seguida la señal de salida es amplificada por un amplificador de alta impedancia contenido en el mismo cuerpo del micrófono.

Las características acústicas de estos dispositivos están afectadas especialmente por aspectos asociados al diseño de la cápsula y del sistema de capacitancia. La separación entre las placas, el diámetro de la cápsula, la masa acústica, la tensión de la membrana y la sustancia dieléctrica entre las placas son algunas de las variables que afectan el comportamiento de los micrófonos de condensador (Ruffa, 2006: 47).

Los micrófonos de condensador tienen una excelente respuesta en frecuencia, son de tamaño reducido, livianos y de alta sensibilidad. Además son transductores que pueden tomar diferentes patrones polares de captura de señal y son poco sensibles a los campos electromagnéticos externos minimizando la posibilidad de generar ruidos en la captura.

Fig. 48. Circuito equivalente para los micrófonos de condensador (analogía de impedancia).

Capítulo No. 5 Altavoces

ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA UNO

LECCIÓN No. 18 ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA UNO

Los altavoces son transductores electroacústicos especialmente diseñados para transformar las señales eléctricas de salida en sonidos. Estos dispositivos son utilizados en toda clase de radiadores de carácter doméstico, en instalaciones acústicas de gran tamaño para refuerzo sonoro, en sistemas de reproducción de alta fidelidad, sonido en vivo, etc. Ahora bien, existen dos clases fundamentales de altavoces: los de radiación directa o de diafragma y las bocinas (Beranek, 1961:194).

Altavoces de diafragma: En esta categoría se agrupan todos los transductores que tienen una membrana vibrante que emite el sonido directamente en el aire. Son dispositivos de bajo costo, reducido tamaño y con una buena respuesta en frecuencia en casi todo el espectro, aunque tienen algunas limitaciones asociadas al reducido rango direccional que pueden alcanzar en altas frecuencias.

Los altavoces están integrados por un sistema electro mecánico acústico que se encarga de transformar a partir del movimiento de una bobina móvil y las vibraciones generadas en una membrana adherida a la misma, las señales eléctricas en mecánicas y éstas a su vez en sonidos. El modelo básico del sistema de radiación de un altavoz de diafragma se muestra en la siguiente figura.

Fig. 49. Esquema de un altavoz de radiación directa.

Los elementos más importantes del sistema de radiación son la bobina móvil, el diafragma y el imán. Cuando la corriente eléctrica llega a la bobina móvil ésta interactúa con el imán generando una fuerza electromagnética que hace mover la bobina y el diafragma sujeto a ésta en la misma dirección.

La bobina móvil que integra el motor lineal del altavoz generalmente se construye enrollando un alambre de aluminio o cobre, sobre un tubo cilíndrico de papel, aluminio o plástico que va sujeto al imán. La combinación de estos elementos genera características de comportamiento particulares para cada transductor.

Fig. 50. Esquema de una bobina móvil.

En cuanto al imán del dispositivo se tiene que los materiales más utilizados en la fabricación de los mismos son el Cobalto, el Alnico y el Ferrite, siendo este último el más empleado en la construcción de altavoces.

El circuito equivalente tipo movilidad de un parlante se expresa en la siguiente figura.

Fig. 51. Circuito equivalente de un altavoz de radiación directa.

ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA DOS

LECCIÓN No. 19 ALTAVOCES DE RADIACIÓN DIRECTA DOS

En los altavoces al igual que en los micrófonos existen aspectos muy importantes que enmarcan el comportamiento de cada dispositivo, la respuesta en frecuencia, la potencia, la sensibilidad, directividad y demás variables asociadas a los mismos, indican los aspectos básicos de desempeño de todo transductor de salida.

Limitaciones de potencia: La máxima potencia admisible de un altavoz con circuito electromagnético; imán y bobina móvil, está limitada por tres aspectos fundamentales:

1. Su desplazamiento o excursión.

2. La transferencia de calor.

3. La distorsión máxima admisible.

En este sentido, los dos primeros aspectos están directamente relacionados con el tamaño y longitud de la bobina, el largo y el material del cilindro que la soporta y finalmente las dimensiones de toda la estructura magnética (Ruffa, 2006: 26).

Las limitaciones fundamentales del sistema que modifican la potencia generada por el mismo, están especialmente asociadas al movimiento y las restricciones en el desplazamiento de la bobina móvil cuando actúa en conjunto con el imán. Si la bobina móvil es de igual tamaño que el circuito electromagnético existe una mayor probabilidad de que surjan problemas de distorsión por fatiga, desgaste o

destrucción mecánica de los componentes, a diferencia de cuando la bobina móvil es más pequeña o más grande que el entrehierro que soporta al imán.

Fig. 52. Diagrama del circuito electromagnético y los diferentes tamaños de la bobina móvil.

Por otro lado las limitaciones en cuanto a temperatura se refiere, están relacionadas con la resistencia eléctrica que se genera en el altavoz como consecuencia del incremento de la temperatura del mismo. El movimiento constante de la bobina móvil junto con las vibraciones y la fricción de las piezas que conforman el circuito electromagnético y el motor lineal, elevan la temperatura del dispositivo estableciendo una relación de aumento de la resistencia eléctrica de 0.4% cada 1ºC.

Los problemas de distorsión están especialmente relacionados con fallas de carácter mecánico, como roturas, desgastes y desplazamientos. Por lo general este tipo de inconvenientes aparecen cuando los sistemas de transducción son expuestos a rangos dinámicos que sobrepasan las especificaciones técnicas máximas que soportan.

Respuesta en frecuencia: La gráfica de respuesta en frecuencia de un altavoz indica las variaciones de la presión sonora en función de la frecuencia. El rango de frecuencias que los transductores de salida pueden trabajar es muy limitado en comparación al alcanzado por los transductores de entrada, las características y requisitos en cuanto a diseño, materiales y desempeño, configuran un sistema de radiación incapaz de reproducir sonidos con una respuesta plana en todo el rango audible de frecuencias. Por esta razón los altavoces son diseñados para reproducir un rango específico de frecuencias, generando una clasificación que plantea el margen de trabajo concreto de cada sistema.

1. Bajas frecuencias. En esta categoría se encuentran los Woofers y Sub-Woofers. El rango de frecuencias para los primeros se encuentra entre los 400Hz

y 700Hz, mientras que los segundos son capaces de reproducir frecuencias por debajo de los 80 Hz.

2. Frecuencias medias. Aquí se encuentran los sistemas de mid-range capaces de reproducir frecuencias que se encuentran en el rango que va de los 400Hz y 700Hz hasta los 3KHz y 8 KHz.

3. Altas frecuencias. En este grupo se acuñan los tweeters y los ultra-high-tweeters. Los primeros reproducen las frecuencias que se encuentran por encimas de los 3KHz y 8 KHz y los segundos a aquéllas que están por delante de los 12KHz y 14KHz.

BOCINAS UNO

LECCIÓN No. 20 BOCINAS UNO

El segundo tipo de altavoces que comúnmente se encuentran son las bocinas. Estas a diferencia de los sistemas de radiación directa están constituidas por dos secciones principales, la primera es una unidad motora de bobina móvil; radiador, y la segunda es una bocina acoplada a esta unidad. Estos dispositivos son ampliamente utilizados en toda clase de eventos y arreglos de sonido, pero en especial son empleados en espacios y casos donde direccionar la onda de audio es una tarea de gran importancia como por ejemplo, teatros, cines y salas de concierto.

Fig. 53. Diagrama de corte transversal de una bocina exponencial.

Unidad motora: Esta parte de la bocina está constituida por una bobina móvil, un imán, un diafragma y una cubierta. La bobina móvil está sujeta a un tubo que forma parte del circuito electromagnético donde se encuentra el imán y la cubierta que soporta todo el sistema electro mecánico acústico. A su vez, el diafragma está acoplado en la sección frontal del radiador entre la parte trasera de la bocina; garganta, y la bobina móvil. Del mismo modo que en los altavoces de radiación directa, la transformación de la energía eléctrica en mecánica y finalmente en sonido, se hace a partir de la transmisión de corriente a través del

campo electromagnético generado entre el imán y la bobina móvil. Cuando se transforma la señal eléctrica de audio en una señal mecánica, el diafragma se mueve en la misma dirección en que lo hace la bobina móvil y esto da origen a la emisión de sonido.

Ahora bien, la unidad motora también es conocida como driver de compresión ya que es un excitador que genera niveles de presión muy elevados que son llevados a valores normales a través de una bocina instalada en la sección de salida del mismo.

Algunas bocinas llevan instalado un corrector de fase en frente del diafragma con el fin de corregir las desviaciones de fase que se generan como consecuencia de las diferentes distancias que el sonido debe recorrer desde el diafragma hasta la garganta de la bocina.

Fig. 54. Diagrama de corte transversal de una unidad motora (driver de compresión).

El circuito electro mecánico acústico asociado a una unidad motora es el siguiente.

Fig. 55. Analogía tipo movilidad para la unidad motora.

BOCINAS DOS

LECCIÓN No. 21 BOCINAS DOS

Bocinas: La definición más simple para una bocina es la de un transformador acústico. Esta cumple dos funciones básicamente, la de transformar la pequeña onda emitida por el diafragma en una más grande y, la de llevar los altos niveles de presión generados por el driver de compresión a valores más bajos, niveles normales para el oyente.

Ahora bien, el diseño de las bocinas está sujeto a parámetros como la distancia entre la garganta y la boca, el área total de la sección y las dimensiones generales de la misma. Con la modificación de estas variables lo que se busca es la construcción de un dispositivo que sea capaz de emitir la mayor potencia acústica posible, en función de un margen concreto de frecuencias, con la menor distorsión posible de radiación.

Existe gran cantidad de bocinas con variadas formas geométricas de sección transversal, pero la más importante y reconocida de todas es la bocina exponencial.

Fig. 56. Diagrama de una bocina

exponencial.

La particularidad de este tipo de bocina es la capacidad que tiene la misma de transformar la onda de sonido gradualmente desde la garganta hasta la boca, de forma independiente de la frecuencia en un rango amplio de espectro (Beranek, 1961:285).

Por otro lado los materiales de la bocina juegan un papel muy importante en el comportamiento de la misma, ya que si las paredes de la bocina resuenan a una o más frecuencias del espectro capaz de reproducir, se generan caídas en potencia en las mismas frecuencias resonantes.

Respuesta en frecuencia: La curvas de frecuencia de las bocinas muestran el nivel de presión sonora emitido para cada frecuencia dentro de una rango fijo de espectro. Por lo general las bocinas son especialmente diseñadas para trabajar en alta frecuencia. Los tweeters y los ultra-high-tweeters son altavoces que

emplean un driver de compresión y una bocina como sistema radiador de alta frecuencia, desde los 3KHz en adelante.

CAJAS ACÚSTICAS PARA ALTAVOCES

LECCIÓN No. 22 CAJAS ACÚSTICAS PARA ALTAVOCES

Las cajas acústicas son sistemas especialmente diseñados para mejorar las características de radiación sonora, facilitar el transporte de los altavoces y proteger los componentes electroacústicos que integran los mismos. Estas estructuras también son llamadas bafles y están integradas en su forma más básica por un altavoz de radiación directa o indirecta y una caja o superficie de madera u otro material, que no permite que se mezclen las ondas generadas en las zonas de compresión y descompresión que surgen tras el movimiento constante del radiador de audio.

Fig. 57. Diagrama del movimiento

de un radiador y las zonas de compresión y descompresión.

Cuando el cono del radiador se mueve hacia adelante comprime el aire que se encuentra en frente del diafragma y descomprime el aire que se encuentra en la parte posterior del mismo. Este fenómeno da lugar a lo que se conoce como dipolo acústico y se evita a través de la aplicación de una caja acústica, un bafle o un sonodeflector sobre un altavoz.

Ahora bien, existen varios tipos de cajas acústicas que varían según el diseño y los elementos que integran la estructura general del bafle. Entre los sistemas más importantes se encuentran el bafle infinito, el cerrado y el abierto o ventilado.

Caja acústica infinita: Los bafles de tipo infinitos son los más sencillos de todos y se caracterizan por estar constituidos por una superficie de madera o cualquier otro material acústico, donde se coloca el altavoz sobre el orificio creado en la lámina especialmente para que el radiador pueda ser indexado a la estructura.

Un ejemplo práctico de este tipo de bafle es la instalación de un altavoz sobre un costado de un guardarropa que irradia la señal acústica hacia la habitación principal. Este modelo es uno de los sistemas de más difícil aplicación como resultado de las limitantes que establece en relación a la gran cantidad de espacio físico que se requiere para implementar el mismo.

Fig. 58. Diagrama de un sonodeflector infinito.

Caja acústica cerrada: Los bafles cerrados son estructuras que encierran completamente la sección interna del altavoz, aislando la zona de descompresión de la de compresión. La parte interna de la caja acústica está revestida de un material acústico especialmente diseñado para mejorar las propiedades de radiación del gabinete en conjunto. Estos bafles son diseñados para trabajar especialmente con radiadores de baja potencia y en un rango de frecuencias relativamente alto. El material absorbente que se encuentra en el interior del sonodeflector limita la respuesta del sistema en bajas frecuencias.

Fig. 59. Diagrama de un bafle

cerrado.

Las cajas acústicas cerradas son los modelos más empleados en la construcción de parlantes para uso doméstico y de carácter general, por el contrario, son poco

utilizados para el refuerzo sonoro ya que no tienen un buen comportamiento en bajas frecuencias.

Caja acústica ventilada: Los bafles ventilados son las estructuras más empleadas en el diseño de gabinetes para la reproducción de señales de baja frecuencia. A diferencia de las cajas acústicas cerradas, estos sistemas tienen un orificio de ventilación por donde se expulsa el aire que se genera en la zona de descompresión tras el movimiento constante del radiador o altavoz.

Fig. 60. Diagrama de un bafle

ventilado.

La onda que se genera en la parte posterior del radiador debe recorrer una distancia igual a la mitad de la longitud de onda antes de salir por la boca del orificio de ventilación, esto con el fin de que la fase de la señal radiada directamente en el aire en la zona de compresión, sea la misma que la de la onda interna generada en la zona de descompresión. Una de las limitaciones más significativas de este tipo de sonodeflectores es que el cálculo de la distancia del orificio de ventilación se hace para una frecuencia y longitud de onda determinada, generando problemas de fase que pueden llevar hasta a la cancelación de algunas componentes de la señal emitida por el radiador.

Para mitigar este fenómeno frecuentemente se recurre al cubrimiento de la parte interna de la caja con material acústico, comúnmente lana de vidrio, lo cual permite establecer un control de las componentes de frecuencia más altas. En el caso de las bajas frecuencias, los problemas de cancelación de señal son casi inevitables dado el gran tamaño de la longitud de onda de las señales.

Capítulo No. 6 Instalaciones Electroacústicas

CRITERIOS GENERALES PARA LA SELECCIÓN Y COLOCACIÓN DE ALTAVOCES

LECCIÓN No. 23 CRITERIOS GENERALES PARA LA SELECCIÓN Y

COLOCACIÓN DE ALTAVOCES

La implementación de instalaciones electroacústicas en espacios abiertos y cerrados debe seguir y tener en cuenta una amplia gama de elementos y aspectos que influyen en el diseño y el comportamiento del sistema de sonido que va a ser instalado en un ambiente determinado.

Factores como el tiempo de reverberación, el ruido ambiente, el tamaño del recinto, los coeficientes de absorción y las mismas características arquitectónicas y naturales del espacio, influyen de una u otra manera en el comportamiento final del sistema. De igual forma, elementos como el número de transductores de entrada y de salida, junto con la cantidad y características de los dispositivos de audio que se van a utilizar para el procesamiento y generación de señal de audio, también enmarcan el escenario y plantean restricciones en el diseño y el proceso de implementación de la instalación acústica.

En este sentido los aspectos metodológicos, prácticos y teóricos que se utilizan y son necesarios para el diseño e implementación de instalaciones electroacústicas se clasifican en las siguientes categorías:

1. Conexión y adaptación de altavoces.

2. Clasificación de las instalaciones electroacústicas.

3. Instalaciones en recintos cerrados.

4. Instalaciones en espacios abiertos.

5. Cálculo del número de altavoces.

CONEXIÓN Y ADAPTACIÓN DE ALTAVOCES

LECCIÓN No. 24 CONEXIÓN Y ADAPTACIÓN DE ALTAVOCES

La conexión de uno o más transductores de salida en una instalación electroacústica, en un espacio determinado, está sujeta a dos aspectos fundamentales: el primero es el valor de impedancia tanto de los altavoces como del amplificador de audio y el segundo, es el patrón de instalación que se sigue en serie, en paralelo o con tensión constante.

Como regla general para toda instalación electroacústica de sonido conformada por varios sistemas de audio y en especial por altavoces, se tiene que el valor total de impedancia equivalente debe estar ajustado en relación al valor mínimo de impedancia de carga del amplificador. Cuando la impedancia equivalente es inferior a la impedancia mínima de carga del amplificador, los canales de salida de éste se sobrecalientan generando problemas en el desempeño del dispositivo. En caso contrario si la resistencia equivalente es superior a la impedancia mínima de carga, solo habría dificultades en conseguir que el amplificador suministre la máxima potencia de salida capaz de emitir.

Conexión en serie: Las instalaciones electroacústicas dispuestas en serie se caracterizan por tener un nivel de impedancia constante a lo largo de todo el sistema. Por lo general este tipo de instalaciones se utilizan para la implementación de sistemas fijos donde el cálculo de la impedancia cambia según los cambios que se realicen en los altavoces.

Ahora bien, el cálculo de la resistencia o el valor de impedancia equivalente se hace a través de la aplicación de las reglas de la electrónica básica. En la figura número 60 se muestran dos ejemplos de la conexión de un par de altavoces en serie con un amplificador que tiene un valor de impedancia mínima de carga de

8Ω con diferentes valores de potencia.

Conexión en paralelo: Los sistemas electroacústicos conectados en paralelo también tienen la particularidad de generar valores de impedancia constante. La diferencia entre este tipo de conexión y la conexión en serie es la manera como se configuran los altavoces en el circuito. En la figura 61 se muestra la conexión en paralelo de un conjunto de altavoces acoplados a un amplificador de audio de

8W de potencia y una impedancia mínima de carga de 4Ω. Por otro lado, en la

figura 62 se relaciona una conexión mixta de altavoces donde se integran los sistemas de conexión en serie y en paralelo.

Fig. 61. Conexión en serie.

Fig. 62. Conexión en paralelo.

Fig. 63. Conexión mixta serie-paralelo.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS UNO

LECCIÓN No. 25 CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES

ELECTROACÚSTICAS UNO

Las formas más utilizadas para distribuir la señal de audio a través de los sistemas electroacústicos de difusión de sonido, el establecimiento de procesos de control y la maximización en el uso de la potencia de los transductores y los amplificadores, se agrupan en tres modelos básicos de instalaciones electroacústicas:

1. Instalaciones electroacústicas con amplificación de potencia y mecanismos de control centralizados.

2. Instalaciones electroacústicas con amplificación de potencia centralizada y control distribuido.

3. Instalaciones electroacústicas modulares con amplificación de potencia y control distribuidos.

Instalaciones electroacústicas con amplificación de potencia y control centralizado: Son instalaciones muy sencillas donde el amplificador al igual que los dispositivos de control de todo el sistema se encuentran centralizados y agrupados en un solo punto. Este modelo tiene limitaciones en cuanto a la asignación de dispositivos en las diferentes zonas del espacio que se deben sonorizar, la centralización del sistema no permite la manipulación individual y libre de cada uno de los elementos que integran el mismo.

Fig. 64. Amplificación y control centralizado.

Instalaciones electroacústicas con amplificación de potencia centralizada y control distribuido: Este tipo de instalación, a diferencia de la anterior, permite el control individual de los altavoces y funciones como la asignación de canales musicales, el encendido o apagado de un determinado número de parlantes en una zona específica o simplemente la variación del nivel de la señal emitida por los transductores.

Fig. 65. Amplificación centralizada y control distribuido.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS DOS

LECCIÓN No. 26 CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES ELECTROACÚSTICAS DOS

Instalaciones electroacústicas modulares con amplificación de potencia y control distribuidos: Los modelos modulares son ampliamente utilizados especialmente en el diseño de instalaciones de sonorización de gran tamaño. Las grandes instalaciones requieren la aplicación de un extenso cableado que puede generar pérdidas en potencia si se sigue un tipo de instalación electroacústica como el planteado en los dos modelos anteriores. Por esta razón, se hace necesaria la implementación de módulos individuales de potencia para cada una de las zonas del espacio donde se va a emitir la señal de audio.

Fig. 66. Amplificación y control distribuidos.

Ahora bien, el sistema general está integrado por un punto central de manejo de las diferentes señales entrantes al sistema. En esta central de control no se manejan señales de potencia pero si señales de bajo voltaje producidas directamente por los reproductores, micrófonos y demás dispositivos de entrada. De igual forma, en este punto se efectúan funciones que no requieren un incremento en potencia, funciones como el nivel de volumen, avisos, asignación de canales y demás son las tareas más habituales del centro de control general de la instalación.

Las ventajas más importantes de implementar una instalación electroacústica modular son:

Se disminuye el riesgo de pérdida de potencia en la instalación.

La instalación de los amplificadores se realiza en el sitio preciso donde se requiere del mismo.

El desempeño y la fiabilidad de la instalación es mejor que en los otros tipos de instalaciones.

Las fallas en un elemento no implica detener el funcionamiento de todo el sistema.

INSTALACIONES EN RECINTOS CERRADOS

LECCIÓN NO. 27 INSTALACIONES EN RECINTOS CERRADOS

Cuando se va a llevar a cabo la sonorización de un recinto a través de la implementación de instalaciones electroacústicas, se deben considerar una gran variedad de aspectos fundamentales antes de iniciar el proceso de diseño del sistema. Para comenzar es importante conocer el tamaño del recinto, especificando sus dimensiones y el volumen del mismo, con el fin de establecer la potencia del amplificador y la cantidad de altavoces necesarios para sonorizar adecuadamente el lugar. En seguida se deben conocer variables como el tiempo de reverberación y la inteligibilidad de la palabra.

Frecuentemente para calcular el tiempo de reverberación se recurre a la fórmula de Sabine o a la medición de dicha variable empleando sonómetros o cualquier otro instrumento de medición. Los recintos que tienen un mayor índice de absorción son mucho más fáciles de sonorizar que aquellos que tienen un tiempo de reverberación muy prolongado.

Entre los aspectos asociados al tiempo de reverberación de un recinto y que mayores dificultades generan en el proceso de sonorización del mismo se encuentran las grandes superficies reflejantes, las paredes paralelas, las estructuras cóncavas que puedan focalizar el sonido en un solo punto y las máquinas generadoras de elevados niveles de ruido.

En cuanto a la inteligibilidad de la palabra se tiene que frecuentemente en los espacios arquitectónicos existen dificultades para que el oyente pueda escuchar y comprender fácilmente las palabras pronunciadas por el orador. En este sentido, la inteligibilidad es el conjunto de cualidades que debe tener el sonido que se recibe de un orador, para que la información se pueda comprender adecuadamente. Un método para medir la inteligibilidad de la palabra de una instalación electroacústica es la pérdida de articulación de constantes (% Alcons) (Cede. 2007:10).

Algunos de los criterios generales que se emplean en el diseño de instalaciones de sonorización para mejorar la inteligibilidad de la palabra en los recintos son:

Utilizar altavoces muy direccionales.

Reducir al máximo la distancia entre el radiador y el oyente.

Seleccionar adecuadamente la potencia de la instalación para superar entre 10 y 25 dB el nivel de ruido ambiente.

Procurar no instalar altavoces que irradien sonido directamente sobre superficies reflejantes.

Instalaciones en iglesias: Las iglesias son recintos con un elevado tiempo de reverberación y en consecuencia con una mala inteligibilidad de la palabra. Las instalaciones electroacústicas de sonorización en estos espacios parten de la colocación adecuada de las columnas acústicas, las cuales deben estar ligeramente inclinadas hacia abajo para cubrir directamente la zona de audición del público y también no deben estar separadas más de 10 metros para evitar la sensación de retraso de la señal.

Instalaciones en teatros: Las instalaciones electroacústicas de sonorización en los teatros se realizan con dos propósitos fundamentales, el primero tiene que ver con la difusión de la palabra y el segundo con la transmisión al público de contenidos musicales.

Los sistemas de sonorización relacionados con el primer propósito de las salas de teatro son relativamente sencillos ya que solo se necesitaría la instalación de dos columnas de altavoces en el escenario; una a cada lado. El nivel de amplificación de dicha instalación debe estar entre 10 y 15 dB por encima del nivel de ruido de fondo o ambiente.

Las instalaciones electroacústicas para la difusión de contenidos musicales es un poco más compleja ya que se busca la transmisión de un sonido de alta calidad y la distribución adecuada del mismo en todas las áreas del teatro. Por lo general estas instalaciones están integradas por dos pares de columnas de altavoces. La primera de ellas se encuentra ubicada en el escenario; una a cada lado del mismo y las otras dos en medio del teatro, en la parte izquierda y derecha del auditorio. Esto usualmente ocurre cuando los teatros son muy grandes y es necesario generar un refuerzo sonoro desde un punto específico del auditorio para que la onda de sonido llegue hasta la parte trasera del mismo.

Instalaciones en salas de conferencias: En estos recintos lo más importante es implementar instalaciones electroacústicas que optimicen los sistemas de difusión de la palabra para así establecer un adecuado grado de inteligibilidad de la misma. Generalmente en estos espacios solo es necesario instalar una columna de altavoces sobre el orador, levemente inclinada hacia el público para que irradie sonido directamente sobre el auditorio y se cubra todo el campo incluyendo la parte trasera del lugar.

Instalaciones en locales públicos: Estas instalaciones se utilizan esencialmente para la trasmisión de información y la difusión de sonidos ambientes de calidad media. El sistema está integrado por un punto central

donde se instalan los micrófonos, reproductores y dispositivos de amplificación y control de señal. Los altavoces por lo general son de baja potencia y se instalan en el techo, distribuidos por toda la superficie del recinto.

INSTALACIONES EN ESPACIOS ABIERTOS

LECCIÓN No. 28 INSTALACIONES EN ESPACIOS ABIERTOS

En los espacios abiertos, a diferencia de los cerrados, el comportamiento del sonido es diferente. Para empezar, en los primeros no existe un tiempo de reverberación como consecuencia de la ausencia de barreras acústicas reflejantes que hagan rebotar la onda de sonido, en estos espacios solo se producen algunas reflexiones y ecos.

Por otro lado, los factores que se deben tener en cuenta para realizar el diseño e implementación de la instalación electroacústica de sonorización son diferentes a los que se manejan en los espacios cerrados. Entre el conjunto de factores son algunos de los más importantes los siguientes:

La ley del inverso cuadrado. Plantea la reducción del nivel de presión sonora en – 6 dB con el cuadrado de la distancia en relación al altavoz. Es decir, cuando el oyente se aleja el doble de la distancia tomando como punto de partida la ubicación de la columna acústica, el nivel de intensidad del sonido decae en – 6dB.

La atenuación de frecuencias como consecuencias de la acción de la temperatura y la humedad. Las frecuencias altas son susceptibles de perder intensidad como consecuencia de la acción de las condiciones ambientales del espacio y en especial de la temperatura y la humedad. La siguiente tabla relaciona el nivel de atenuación según el porcentaje de humedad relativa y la temperatura del ambiente.

Fig. 67. Atenuación del sonido por

acción de la temperatura y la humedad.

La atenuación por barreras acústicas naturales. Los bosques o arboledas son las principales barreras naturales que influyen en el nivel de intensidad del sonido en los espacios abiertos. La atenuación se manifiesta especialmente en el rango de frecuencias de la voz, con un nivel de atenuación que está entre los 5 y 15 dB/100m.

Las reflexiones del sonido que se originan sobre cualquier barrera acústica. Las reflexiones que se originen en los espacios abiertos y que tengan un retraso de más de 50 ms pueden generar ecos o interferencias que afectan la inteligibilidad de la palabra.

La incidencia del viento en la dirección de propagación de la onda acústica. El viento afecta la dirección de propagación de la onda acústica, cuando ésta se desplaza en el mismo sentido en que lo hace el viento, la onda sonora se refracta hacia abajo, de lo contrario si se

desplaza en sentido opuesto la onda se desvía hacia arriba.

Fig. 68. Influencia del viento en la dirección de propagación de la onda

acústica.

La ubicación de las columnas acústicas se debe hacer sobre un punto alto del escenario con una leve inclinación que permita direccionar el campo de radiación de la fuente sobre la superficie donde se encuentra ubicado el oyente.

CÁLCULO DEL NUMERO DE ALTAVOCES

LECCIÓN No. 29 CÁLCULO DEL NUMERO DE ALTAVOCES

Para explicar la manera como se realiza el cálculo del número de altavoces que son necesarios para implementar una instalación electroacústica de sonorización en un espacio cerrado, se recurren a los siguientes ejemplos.

1. Recinto con techo falso con una altura entre 2.5 y 4m: Para iniciar el cálculo del número de transductores de salida necesarios para la instalación, se debe recurrír a la norma NTE.IAM de megafonía para establecer dos criterios básicos de diseño. El primero plantea el número de altavoces y la distancia media que debe haber entre ellos dependiendo de la altura del local y la calidad que se busca implementar. La siguiente tabla relaciona estos aspectos (NTE.IAM.1977).

El segundo criterio relaciona el ángulo de cobertura del altavoz y la posición del oyente. La fórmula para el cálculo del número de altavoces y que relaciona los aspectos antes mencionados se relaciona en la siguiente figura.

Fig. 69. Cálculo del número de altavoces en el techo.

2. Recintos con techos altos: Cuando no existe la posibilidad de instalar los altavoces en un techo falso, éstos se pueden colgar del techo a una distancia de entre 3m y 5m del suelo, para así crear una instalación con condiciones similares a las planteadas en el caso anterior. En caso de que la suspensión desde el techo de los altavoces no sea factible, los radiadores se pueden instalar sobre las columnas del recinto, inclinándolos levemente

para que el sonido radie de forma directa sobre la zona de ubicación de los oyentes.

Fig. 70. Instalación de altavoces suspendidos.

Fig. 71. Instalación de altavoces sobre las columnas.

Unidad Tres Psicoacústica

El estudio de las características de los sistemas de captura y de emisión de sonido del cuerpo humano, es una tarea de gran importancia ya que al analizar la respuesta psicológica y fisiológica del cuerpo en relación a un sonido específico, se generan variables valiosas al momento de realizar diseños y análisis acústicos y electroacústicos de sistemas y dispositivos de audio.

En este sentido, en la unidad se abordarán los temas más importantes relacionados con el campo de la psicoacústica, partiendo de la descripción de

los sistemas de captura y emisión de sonidos del cuerpo humano, en seguida se desarrollarán con mayor detalle el conjunto de variables específicas que como la sonoridad y la inteligibilidad de la palabra, afectan y agregan elemento de valor a la hora de llevar a cabo el diseño de sistemas acústicos y electroacústicos.

Capítulo No. 7 Percepción Auditiva

ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL OÍDO

LECCIÓN No. 30 ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL OÍDO

El mecanismo de audición humano está integrado por tres segmentos fundamentales que interactúan en conjunto para permitir la captura, la interpretación, el análisis y la selección de sonidos, el oído externo, medio e interno junto con cada una de sus partes, dan forma al sistema anatómico y fisiológico de captura de sonido.

Oído externo: Este es el primer segmento del sistema auditivo humano y está conformado por el pabellón auricular, el canal auditivo y el tímpano esencialmente. La longitud y radio aproximado del canal auditivo es de 2.7 cm y 0.7 cm respectivamente. El tímpano es una membrana vibrante de alrededor de 0.8 cm2 ubicada al final de la sección externa del oído. Esta membrana es la encargada de transmitir las vibraciones producidas por las perturbaciones sonoras capturadas hacia el oído medio.

Oído Medio: En la sección media del oído se encuentra un conjunto de huecesillos interconectados denominados martillo, yunque y estribo. El primero y el tercero de estos huesos se encuentran unidos al tímpano y a la ventana oval respectivamente. Esta última membrana es el punto de entrada hacia el oído interno y la parte final de la sección media del sistema auditivo.

Oído Interno: El oído interno está conformado por la ventana oval, la cóclea, el nervio auditivo y la membrana basilar. La cóclea es una pieza con forma de caracol y constituida por hueso y un líquido incoloro en su interior. Está dividida en dos partes por la partición coclear la cual está conformada por una membrana gelatinosa denominada membrana basilar y un hueso adherido a la misma. En esta parte del oído interno existen otras membranas y piezas más pequeñas que también contribuyen en el procesamiento de la señal de sonido capturado. En la siguiente figura se relacionan las partes y segmentos del oído humano.

Fig. 72. Oído Humano

En general las ondas sonoras son capturadas por el pabellón auricular, en seguida son direccionadas por el canal auditivo hasta el tímpano haciendo que esta membrana vibre y transmita dichas perturbaciones a la parte media del oído donde se encuentran los huecesillos martillo, yunque y estribo, los cuales, a su vez también transmiten las vibraciones hasta la ventana oval en la sección inicial del oído interno. Esta membrana estimula el movimiento del líquido incoloro y la membrana basilar contenidos en el interior de la cóclea.

Ahora bien, el movimiento de la ventana oval producido por las vibraciones del tímpano genera un conjunto de ondas que se propagan a lo largo de la membrana y del liquido, estableciendo un punto de máxima excitación inherente a la frecuencia propia de cada una de las ondas incidentes en el oído. El extremo de la membrana más cercano a la ventana oval resuena con las frecuencias más altas y la parte más alejada de la misma lo hace con las frecuencias bajas. Este fenómeno lleva a la caracterización de la membrana bacilar como un filtro mecánico que descompone los sonidos en sus componentes de frecuencia en función de las vibraciones producidas, llevando a la excitación particular de nervios auditivos en mayor o menor grado según la frecuencia.

Por otro lado, la capacidad auditiva de las personas para reconocer un tono puro en presencia de ruido blanco y/o aleatorio, da origen al concepto de anchos de banda críticos. Este término se emplea para hacer referencia a la capacidad que tiene el oído humano de filtrar la señal de sonido incidente, discriminado el ruido que se encuentra fuera de la banda crítica centrada en la frecuencia del tono puro representativo de la señal. Los anchos de banda críticos son diferentes para la audición monoaural y la biaural.

La siguiente figura indica los anchos de banda críticos en función de la frecuencia para la audición monoaural y biaural.

Fig. 73. Anchos de banda críticos para la audición.

UMBRAL AUDITIVO Y TIMBRE

LECCIÓN No. 31 UMBRAL AUDITIVO Y TIMBRE

Dos aspectos importantes que se manifiestan en el proceso auditivo de las personas, son el umbral auditivo y el timbre que caracteriza a un sonido específico. El primero de ellos está relacionado con el nivel mínimo de presión eficaz necesario para generar la excitación de los diferentes componentes del sistema auditivo y la posterior sensación sonora, y el segundo tiene que ver con la valoración sensitiva en términos de sonidos agudos o graves que la persona genera al ser expuesta a una perturbación auditiva especifica.

Umbral auditivo: El concepto de umbral auditivo en psicoacústica relaciona el nivel de presión eficaz mínimo que una señal debe tener para generar una sensación auditiva en total ausencia de ruido (Beranek, 1961:418).

La siguiente figura muestra el umbral auditivo según el patrón norteamericano de audibilidad.

Fig. 74. Curvas de umbral auditivo.

La figura 74 relaciona el umbral auditivo para tonos puros para un oyente ubicado en una cámara anicónica y expuesta de forma directa a la radiación sonora de una fuente de sonido. La curva número uno corresponde a la medición del umbral auditivo obtenido con una persona expuesta a señal sonora a través de auriculares y, la curva número dos relaciona los resultados de la medición generados tras la exposición directa de sonido con una fuente ubicada a un metro de distancia del oyente.

La diferencia entre estas dos curvas se debe a los factores de percepción monoaural y biaural generados como resultado de la aplicación de las dos fuentes distintas de radiación. Las curvas están separadas en promedio por 10 dB la una de la otra, siendo el umbral biaural la curva corrida hacia abajo (curva 2) y el umbral monoaural la curva desplazada hacia arriba (curva 1).

Ahora, el umbral auditivo varía por múltiples factores y es diferente de persona a persona, aspectos como la edad, la exposición a niveles de ruido, características fisiológicas, anatómicas y demás, influyen directamente en el espectro de umbral auditivo que cada persona tiene. La siguiente figura muestra el corrimiento del umbral auditivo en las personas con la edad y en función de la frecuencia tanto para hombres como para mujeres (Beranek, 1961:420).

Fig. 75. Curvas de desplazamiento del umbral auditivo según la edad y el género.

Umbrales de tolerancia: Los umbrales de tolerancia hacen referencia a los niveles máximos de presión sonora que la persona puede soportar sin sentir incomodidad o cualquier manifestación de dolor relacionado con la exposición auditiva. La siguiente figura muestra los niveles a los que pueden ser expuestos los oyentes generando las sensaciones de incomodidad, cosquilleo, dolor y producir un daño en el sistema auditivo.

Fig. 76. Umbrales de tolerancia máxima.

En la figura anterior se muestran los niveles en dB que son capaces de producir en las personas las sensaciones y los efectos antes mencionados. Los individuos que constantemente están expuestos a altos niveles de ruido tienen una tolerancia mayor que aquéllas que no lo están.

Timbre: El oído humano tiene la capacidad de diferenciar los sonidos tras una valoración sensitiva y subjetiva que los clasifica según tonalidades agudas y graves. El timbre es percibido en función de las frecuencias características de las señales escuchadas por la persona, siendo afectado también por variables como la presión sonora y la composición espectral del sonido incidente. La unidad de medida asociada a este aspecto es el mel.

Dos sonidos con igual frecuencia pero con diferente nivel de presión sonora producen una sensación auditiva subjetiva diferente, el timbre o la altura son más elevados según aumenta la frecuencia y también el nivel de presión sonora, son graves o de menor altura cuando ocurre el caso contrario.

Fig. 77. Relación entre la altura subjetiva y la frecuencia.

SONORIDAD

LECCIÓN No. 32 SONORIDAD

La sonoridad se define como una medida subjetiva que se tiene de la intensidad con que es percibido un sonido por el oído humano, es decir, se interpreta como la valoración cualitativa de la intensidad que la persona siente respecto a una señal sonora, calificando la misma como más débil o más fuerte.

Sonoridad cuantitativa: Una de las maneras de hacer una valoración cuantitativa de la sonoridad de un sonido en particular, es a través de la comparación fáctica del sonido evaluado con respecto a un sonido patrón fijo. La unidad de medida asociada a la sonoridad es el fon.

Fig. 78. Curvas de sonoridad de Fletcher y Munson.

Fletcher y Munson desarrollaron experimentos con el fin de determinar una medida cuantitativa de la sonoridad que dio como resultado final, la creación de los contornos de sonoridad expresados en la figura anterior y que su interpretación parte de las siguientes consideraciones (Huber y Robert, 2009:63).

1. El oído humano no es igualmente sensible a todas las frecuencias dentro de su rango.

2. El grado en que el oído humano favorece a algunas frecuencias sobre otras cambia cuando el nivel de escucha se ve alterado.

3. Las diferencias en la sensibilidad del oído son más pronunciadas a niveles de escucha más bajo.

4. Las diferencias en la sensibilidad del oído son menos marcadas a niveles de escucha más alto.

5. En general, el oído es más sensible a las frecuencias de rango medio y menos sensible a las bajas frecuencias.

En este sentido, la figura 78 muestra los contornos de igual sonoridad para tonos puros. En el eje Y se relaciona el nivel de presión sonora del sonido evaluado. Los números que están encima de cada una de las curvas representan la sonoridad y el nivel de presión sonora de un tono de 1.000 c/s con igual sonoridad que el sonido sujeto de evaluación. De la figura se puede inferir que los sonidos con frecuencias muy bajas necesitan de un nivel muy elevado de presión sonora para generar la misma sonoridad que se podría percibir con un sonido de alta frecuencia y bajo nivel de presión sonora. Por ejemplo, para que un sonido con una frecuencia de 50 c/s tenga la misma sonoridad que un tono

con frecuencia de 1.000 c/s y un SPL de 20 dB, debe generarse con una presión sonora de aproximadamente 60 dB.

La sonoridad defínase como el atributo intensivo de una sensación auditiva que permite ordenar los sonidos en una escala qué se extiende desde "suave" hasta "sonoro" (fuerte). La sonoridad es principalmente función de la presión sonora, pero depende también de la frecuencia y de la forma de onda. La unidad es el son (Beranek, 1961:425).

Las curvas de sonoridad se emplean mucho para el diseño de radios, receptores y casi todo tipo de reproductores. Los ingenieros las usan para generar una compensación auditiva que mantenga un nivel de presión sonora adecuado de la señal reproducida, haciendo que las frecuencias altas y bajas puedan ser percibidas adecuadamente por el oyente, eliminando el efecto filtro que el oído humano aplica a los sonidos de baja frecuencia que son reproducidos a bajos niveles y que hacen percibir la música como si ésta careciera de las componentes esenciales de baja frecuencia que hacen parte de la misma.

Sensibilidad diferencial a la presión y la frecuencia: Las personas son capaces de reconocer las variaciones de nivel de presión sonora que un sonido determinado tiene cuando la frecuencia del mismo está entre 5 y 10.000 c/s y a un nivel superior a los 50 dB. Dicha capacidad de percepción auditiva es capaz de distinguir cambios de nivel de hasta 1 dB.

En cuanto a la frecuencia, con tonos superiores a los 1.000 c/s y a un SPL mayor a 40 dB, el porcentaje de variación en la percepción auditiva de la persona es del 0.3%.

ENMASCARAMIENTO Y FRECUENCIA

LECCIÓN No. 33 ENMASCARAMIENTO Y FRECUENCIA

El enmascaramiento y la frecuencia del sonido son dos aspectos importantes que deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar una apreciación psicoacústica de algún fenómeno sonoro susceptible de ser capturado e interpretado por el sistema auditivo humano. El primero de ellos se manifiesta cuando un sonido oculta a otro cubriéndolo y haciendo que el primero sea difícilmente perceptible por el oído, entre tanto el segundo concepto hace referencia a las componentes espectrales que caracterizan y definen cada uno de los sonidos. Enmascaramiento: El enmascaramiento del sonido es un fenómeno que constantemente está presente en la vida de las personas, se define como el proceso en el cual el umbral de audibilidad de un sonido especifico se eleva, como resultado de la presencia de otro sonido (Beranek, 1961:429). Este fenómeno depende del nivel de presión sonora de la señal enmascarante y enmascarada, así como de la separación en frecuencia y fase que existe entre las mismas. Ejemplo, un tono que tiene una frecuencia de 1.500 c/s que puede ser solo escuchado hasta cuando alcanza un mínimo de nivel de hasta + 1 dB; es decir el umbral audible de ese tono es de + 1 dB, es enmascarado por otro tono que tiene una frecuencia de 1.200 c/s y un SPL de 80 dB, si ambos sonidos

son reproducidos simultáneamente. Para que el primer tono pueda ser escuchado en presencia del segundo, éste debe incrementar su nivel de presión sonora en aproximadamente 54 dB. En este caso se dice que el enmascaramiento de la señal es de 54 dB menos 1 dB lo cual da como resultado 53 dB totales de solapamiento de señal.

Fig. 79. Nivel de enmascaramiento.

La figura anterior muestra el índice de enmascaramiento que se genera al enfrentar dos estímulos sonoros, un tono puro y un ruido de banda angosta centrados ambos en la banda de 410 c/s aproximadamente. El enmascaramiento más significativo de la cuerva está en alrededor de 18 dB que es el resultado de restar, el nivel mínimo del tono puro en la frecuencia de 410 c/s que es de 42 dB y, el nivel de la señal de ruido alcanzado en la misma banda de frecuencia del tono puro que es de 60 dB, entonces 60 menos 42 dB da un total de enmascaramiento de 18 dB. Por otro lado cuando un tono puro es enmascarado por un ruido constante, el espectro de análisis que debe ser evaluado para verificar el enmascaramiento de la señal es mucho más reducido, ya que éste se limita a las bandas adyacentes a la frecuencia central del tono puro. La siguiente figura muestra las características de este tipo de solapamiento de señal.

Fig. 80. Enmascaramiento de un tono puro con una señal de ruido constante.

Frecuencia: El oído humano es capaz de reconocer solo los sonidos que se encuentran dentro de un rango específico de amplitud y frecuencia, es decir, si

comparamos el sistema auditivo humano con un sistema electrónico de transducción se puede establecer como común denominador entre ambos, la existencia de un rango dinámico que se define como la máxima potencia sonora que tanto el oído como el transductor pueden manejar y la mínima potencia necesaria que los dos requieren para percibir un sonido. En el caso de la frecuencia el oído humano convencionalmente maneja un rango que está entre los 20Hz y los 20 KHz; a pesar de que frecuentemente este rango varía por múltiples razones como la edad, los trastornos auditivos, la pérdida temporal o permanente de la sensibilidad, enfermedades, la exposición muy prolongada a ruidos de gran intensidad, etc.

Ahora bien, la frecuencia está muy ligada con el umbral auditivo examinado en la lección número dos de este capítulo, la percepción subjetiva que las personas hacen acerca de un sonido particular, está determinada por las componentes de frecuencia y presión sonora con que dicha perturbación auditiva llegue al oído, es a través de estas variables que las personas logran valorar en una escala que mide las altas y bajas intensidades y frecuencias, las características particulares de cada sonido.

LOCALIZACIÓN ESPACIAL DE FUENTES

LECCIÓN No. 34 LOCALIZACIÓN ESPACIAL DE FUENTES

La localización espacial del sonido en psicoacústica se refiere a los mecanismos que utiliza el ser humano para ubicar una fuente de radiación sonora en un espacio determinado a través del sistema auditivo. Se trata de identificar la dirección y la distancia de ocurrencia del evento sonoro.

Factores psicofísicos que determinan la ubicación de una fuente en el espacio: Comúnmente la localización de una fuente sonora se trata en términos de distancia y dirección de propagación de la onda de sonido. Dicha perturbación auditiva tiene origen en un punto específico del espacio y la propagación acústica de la misma genera múltiples variaciones que afectan la manera como la persona identifica la procedencia de la señal, además, factores como las características de los pabellones auditivos, la ubicación de la cabeza, el cuello y el torso con respecto a la fuente, actúan de manera combinada para generar una interpretación del campo acústico captado por el oído, para así generar una ubicación espacial del punto de origen del sonido.

El análisis que se hace para establecer la localización de las fuentes sonoras emplea los siguientes factores como elementos determinantes de la ubicación espacial, la frecuencia, el tiempo, la percepción biaural y la monoaural.

Como ya se explicó en la primera lección de este capítulo, el oído externo funciona como un filtro que divide y analiza la señal percibida en bandas de frecuencia que están en el rango comprendido entre los 20 Hz hasta los 20 KHz. Por tal razón, el sistema auditivo genera una función de transferencia fisiológica y anatómica que da como resultado una apreciación particular de los sonidos incidentes.

Factor biaural: Los factores biaurales no dependen de las características de radiación de la fuente de sonido, éstos están ligados básicamente a las distancias que hay entre el oyente, la fuente y los pabellones interaurales de la anatomía humana. La diferencia de distancia que hay entre los dos oídos implica una diferencia en el tiempo de llegada de la onda de sonido a cada uno de ellos, efecto que se consolida como uno de los parámetros más relevantes para establecer el origen de la fuente. Cuando la onda incidente llega a la cabeza en un ángulo de 90° el tiempo de desplazamiento de la señal es de 630 µs que equivalen a 21 cm de distancia entre cada una de las orejas. Hay que aclarar que los 630 µs corresponde al desplazamiento de un sonido con una frecuencia por debajo de 1.000 Hz. El tiempo de desplazamiento de la onda se reduce a medida que se incrementa la frecuencia. El fenómeno antes mencionado se lo conoce con el nombre de lateralización del evento auditivo.

Fig. 81. Incidencia interaural del sonido.

Factor monoaural: La localización espacial del sonido se ve afectada por la más mínima alteración de la señal que llega a los canales auditivos de las personas. El pabellón auditivo actúa como un filtro que divide y analiza la señal en bandas de frecuencia en un espectro determinado, produciendo algo de distorsión especialmente en las altas frecuencias en relación a la distancia y al ángulo de incidencia.

El pabellón auditivo no solo cumple la función de protector del sistema auditivo, éste también desempeña un rol muy importante para la localización espacial de la fuente de sonido. La siguiente figura relaciona algunas de las contribuciones que el pabellón auditivo hace para la construcción de la imagen espacial de ubicación.

Fig. 82. Pabellón auditivo y su contribución a la localización espacial de las fuentes de sonido.

Las reflexiones y convoluciones de señal que tienen lugar en la entrada del canal auditivo funcionan como resonadores que transforman el espectro del sonido de la fuente en función del ángulo de incidencia. Entre más ancha es la banda del espectro mayor es el grado de precisión de ubicación de la fuente.

Finalmente se tiene que la percepción monoaural de los sonidos no suministra la información necesaria para generar gráficas de localización confiables de la fuente radiante del sonido evaluado.

Factor asociado al movimiento de la cabeza: Los movimientos de la cabeza en relación al ángulo de incidencia de la onda acústica, la distancia y la dirección de propagación de la misma, suministran información psicoacústica importante para que la persona pueda localizar espacialmente el punto de radiación.

Cuando el oyente mueve su cabeza en dirección del evento auditivo, tratando de localizar el sito de origen del evento sonoro, es más difícil determinar la ubicación de la fuente dado que la mayor precisión en la localización de la misma se alcanza cuando el punto de origen de la señal se encuentra en frente del individuo (Cetta, 1997:7).

En definitiva se encuentra que los factores fundamentales que intervienen para generar una localización espacial de la fuente de sonido son especialmente las diferencias de tiempo interaurales y de presión sonora de la señal, sin dejar a un lado la contribución que la percepción monoaural genera en relación al grado de elevación de la fuente radiante.

Capítulo No. 8 Inteligibilidad de la Palabra y Criterios Psicoacústicos

LA VOZ

LECCIÓN No. 35 LA VOZ

El aparato fonador del ser humano es un sistema muy complejo integrado por múltiples piezas que al actuar en conjunto dan origen a la voz y la representación de las palabras a través de sonidos particulares que caracterizan cada vocal y consonante utilizada en la construcción de las mismas.

El mecanismo de funcionamiento del sistema fonatorio se fundamenta en el movimiento de aire desde los pulmones hasta la boca. Dicho desplazamiento genera un excedente de presión que viaja a gran velocidad y da lugar al sonido de la voz.

El elemento modulador más importante de todo el sistema es una membrana

que regula el tránsito de aire que sale de los pulmones. Con la glotis cerrada y

una corriente de aire saliendo de los pulmones, se crea un exceso de presión

debajo de la misma que mantiene los pliegues vocales separados y permite el

flujo de aire entre ellos. Este proceso genera una fuerza que junto con las

propiedades mecánicas de los pliegues cierra casi inmediatamente la

membrana.

De igual forma, la presión diferencial actúa constantemente y fuerza a los

pliegues vocales a separarse. En este proceso, de abrirse y cerrarse la glotis, los

pliegues actúan suministrando una corriente de aire que entra dentro del aparato

vocal. La frecuencia de vibración está determinada por la presión de aire en los

pulmones, así como por las propiedades mecánicas de los pliegues vocales.

Generalmente, cuanto mayor es la presión de los pulmones y más estrechos y

tensos son los pliegues vocales, mayor es la frecuencia de vibración, así como

la del aire que ingresa. El sistema vibratorio produce una rápida oscilación de la

presión de aire en el aparato vocal, generando un sonido, cuya fuerza es una

manifestación de la frecuencia vibratoria.

Ahora bien, el aparato fonador puede ser dividido en tres secciones básicas (Recuero, 1999:275):

1. Los pulmones que aportan la energía.

2. Los pliegues vocales que funcionan como osciladores.

3. El aparato vocal que es una caja de resonancia.

Fig. 83. Esquema del aparato fonador y los elementos que dan origen a la voz.

Características acústicas: La voz es una señal compuesta por la frecuencia vibratoria de los pliegues vocales y por un gran número de armónicos de frecuencia superior, cuya amplitud disminuye uniformemente al ritmo de 12 dB/octava.

El aparato vocal está compuesto por un conjunto de resonadores que dan origen a 4 o 5 resonancias importantes llamadas formantes. Las frecuencias de los formantes se determinan por la forma del aparato vocal. Cada una de ellas está asociada con una onda de distinta duración, que se asumen como una perturbación física de presión cuya amplitud tiene un máximo cerca del final de la glotis, y un mínimo en los labios abiertos. Las características fisiológicas que intervienen en la formación de los sonidos, dan la frecuencia fundamental (tono), así como los armónicos que la acompañan (timbre).

En cuanto a las letras y a su espectro en frecuencias, se tiene que la letra "s" es la que mayores componentes de alta frecuencia tiene, por ejemplo si se suprimen las frecuencias superiores a 6.000 Hz, la letra no se entiende, lo mismo sucede con la "j" si se suprimen frecuencias por encima de 4.600 Hz. Al llegar a los 2.000 Hz. La mayoría de las consonantes apenas se entienden, la "r" es la que mejor se comprende aún suprimiendo frecuencias por encima de 1.500 Hz. Por debajo de los 500 Hz todas las vocales se confunden con la "u". Por tanto, la letra "s" es la de frecuencia más elevada y la "u" la de frecuencia más baja. Por consiguiente, si se desea reproducir fielmente la voz deberán reproducirse las frecuencias de 60 a 10.000 Hz siendo esenciales de 200 a 6.000 Hz (Recuero, 1999:277).

ESPECTRO DE LA PALABRA Y ESTIMACIÓN DE LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA

LECCIÓN No. 36 ESPECTRO DE LA PALABRA Y ESTIMACIÓN DE LA

INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA

La palabra hablada es uno de los fenómenos más importantes para el hombre en el ámbito de las comunicaciones y las relaciones con los demás individuos. La capacidad de reproducir sonidos que puedan ser interpretados por los oyentes en un proceso de intercambio de información, es un aspecto muy importante en las áreas de la acústica y la electroacústica, ya que es materia de estas disciplinas el mejoramiento de las características de reproducción, acondicionamiento y captura de las señales sonoras producidas por la voz. Cuando se habla de inteligibilidad de la palabra se hace referencia al conjunto de cualidades que debe tener el sonido producido por un orador o por un sistema electroacústico de difusión, para que los oyentes puedan capturar y entender adecuadamente el mensaje que se quiere dar a conocer a través de la palabra.

Espectro de la palabra: La señal de acústica producida por la emisión de sonidos vocales se caracteriza por variar rápidamente tanto en amplitud como en frecuencia. Cada sílaba emitida por una persona tiene un tiempo promedio de duración de 1/8 de segundo, con un tiempo entre sílabas de 0.1 segundos aproximadamente (Beranek, 1961:440).

Ahora, el espectro de frecuencia de la palabra es originado por la acción conjunta de la garganta, los dientes, los labios y la boca tanto para la reproducción de vocales como de consonantes. Es importante destacar que para el análisis de la inteligibilidad de la palabra es más complicado el manejo de las consonantes en relación a las vocales, como consecuencia del bajo nivel de presión sonora que tienen los sonidos asociados a las mismas; el sonido puede ser enmascarado fácilmente por el ruido ambiente del recinto donde se encuentre el orador.

Estimación de la inteligibilidad de la palabra (IL%): El proceso de análisis y establecimiento de un adecuado grado de inteligibilidad de la palabra está sujeto no solo a las características del sonido emitido por el orador, sino que también está muy relacionado con las características auditivas de percepción del oyente.

El método para la estimación del porcentaje de inteligibilidad IL% se hace ubicando a una persona con excelente dicción en el escenario del recinto para que lea una lista de palabras en español. Entre tanto, un conjunto de personas ubicadas en puntos distintos del espacio del auditorio dispuesto para el público, escuchan las palabras que lee el orador y toma nota de ellas. El resultado se obtiene sacando el promedio de las palabras que son comprendidas correctamente por el oyente y dividiendo ese resultado entre N que es el número total de palabras que menciona el orador. Un sistema que genera una inteligibilidad perfecta será aquél que obtenga 100% de IL.

Fig. 84. Esquema de medición del porcentaje de inteligibilidad IL%.

Como regla general se tiene que el nivel de presión sonora de la señal de sonido generada por la voz, debe estar 18 dB por encima del ruido ambiente con el fin de evitar el enmascaramiento y la pérdida de algunas componentes espectrales de frecuencia.

La siguiente figura relaciona las curvas de IL para diferentes niveles y varias formas de palabras. Entre más bajo sea el nivel de emisión la inteligibilidad es menor, al igual que cuando el orador pronuncia palabras sin sentido.

Fig. 85. Curvas IL% para diferentes niveles y formas de palabras.

FACTORES QUE AFECTAN LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA

LECCIÓN No. 37 FACTORES QUE AFECTAN LA INTELIGIBILIDAD DE LA

PALABRA

La inteligibilidad de la palabra se ve afectada por múltiples factores entre los que se destacan el ruido, el tiempo de reverberación y el nivel de la señal de audio, pero además existen otros fenómenos de carácter psicológico y lingüístico que estropean el grado de inteligibilidad que se puede alcanzar en un recinto determinado.

Estos fenómenos están especialmente asociados a la articulación que cada orador hace de las palabras y por lo tanto de los sonidos que está emitiendo, y del grado de dominio que él mismo tenga sobre el discurso.

En este sentido se han desarrollado bastantes experimentos que tienen como objetivo definir criterios y hacer demostración con relación a los factores que determinan la inteligibilidad de un recinto. Los análisis que se hacen sobre IL son en su gran mayoría estadísticos. Las siguientes figuras muestran el índice de articulación de cuatro locutores bajo condiciones acústicas diferentes.

Fig. 86. Grado de articulación de palabras por locutor.

Adicional al índice de articulación de las palabras también es determinante para el cálculo de la inteligibilidad, el dominio que el emisor del mensaje tenga sobre el discurso y el número de repeticiones que el mismo realice antes de la presentación en público de la información hablada. La siguiente figura muestra como la inteligibilidad mejora cuando se incrementa el nivel de adiestramiento que sobre el discurso tiene el orador. Los oyentes mejoran el grado de percepción de la información sonora cuando el emisor de la palabra domina completamente el discurso; es decir, la persona se vuelve diestra en el manejo del lenguaje.

Fig. 87. Curva de adiestramiento y manejo del discurso, mejoras en IL.

CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA AUDITORIOS

LECCIÓN No. 38 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA AUDITORIOS

Para el diseño e implementación de instalaciones electroacústicas en auditorios, se deben tener en cuenta tres variables fundamentales que determinan el comportamiento acústico y psicoacústico del recinto, el tiempo de reverberación, la inteligibilidad de la palabra y la relación señal ruido.

Tiempo de reverberación: Esta es una de las variables más importantes relacionadas con la calidad acústica de los auditorios. En la siguiente figura se relaciona el tiempo de reverberación estimado que debería tener un espacio arquitectónico y en especial los auditorios para conciertos, conferencias y obras de teatro, en función del volumen del recinto.

Fig. 88. Tiempos de reverberación para diferentes recintos de acuerdo al volumen de los mismos.

La tabla anterior relaciona el tiempo de reverberación por banda de frecuencia de reconocidos auditorios y salas de concierto del mundo. Inteligibilidad de la palabra: Los valores de inteligibilidad son habitualmente calculados empleando los métodos RATSY y % ALcons. Por lo general para un auditorio o sala de concierto estos valores se encuentran en 0.67 y 4.6% respectivamente. Cabe aclarar que estos valores varían según el recinto y las características acústicas, electroacústicas y arquitectónicas de los mismos.

Relación señal ruido: Existen distintos criterios para el diseño acústico y la implementación de sistemas electroacústicos en recintos, en relación al nivel de ruido presente en los mismos. Los más empleados mundialmente son los criterios NC y PNC. El primero de ellos relaciona el nivel de ruido presente por octavo de banda y define según el tipo de recinto la curva NC y en consecuencia el nivel de ruido admisible para dicho espacio.

Fig. 89. Curvas NC.

Por otro lado los criterios PNC son similares a las NC con algunas diferencias en los valores de las curvas como resultado de cambios en los procedimientos de medición y en el análisis de los datos. Los criterios NC son más utilizados que los PNC.

CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS RESIDENCIALES

LECCIÓN No. 39 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS

RESIDENCIALES

Los criterios de diseño para zonas residenciales están asociados esencialmente con los niveles de ruido ambiente que se generan en el área de influencia de las unidades de residencia. En este sentido, existe normativas que clasifican los tipos de ruido, los niveles permitidos del mismo y las especificaciones técnicas arquitectónicas que las unidades habitacionales deben tener para hacer frente a los niveles de ruido presentes en la zona.

El proceso metodológico para el establecimiento de los niveles de ruido adecuados para las zonas residenciales, comúnmente emplea los siguientes instrumentos de calificación que pueden variar de una normativa a otra en aspectos como las categorías de clasificación.

Fig. 90. Clasificación y calificación de los niveles de ruido en zonas residenciales.

CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS DE OFICINAS

LECCIÓN No. 40 CRITERIOS PSICOACUSTICOS PARA ZONAS DE

OFICINAS

En las zonas de oficinas los criterios psicoacústicos que se deben tener en cuenta para el diseño acústico, electroacústico y arquitectónico de los espacios y sistemas, están relacionados básicamente con la inteligibilidad de la palabra en las oficinas y la transmisión de señal de audio entre los despachos; especialmente el paso del sonido producido por la voz humana de una oficina a la otra.

El método de cálculo que se emplea para establecer los rasgos y valores de inteligibilidad de la palabra en las oficinas son comúnmente el método RATSY y

% ALcons. Es frecuente encontrar tablas y gráficas donde se definen la clasificación de los ruidos presentes en las oficinas, el grado de interferencia que los mismos proporcionan sobre la palabra y los valores de calificación que definen las condiciones adecuadas para el mejoramiento de la inteligibilidad de la palabra y la transmisión de ruido en las oficinas.

Fig. 91. Clasificación y calificación de los niveles de ruido en zonas de oficinas.

Capítulo No. 9 Instrumentos Musicales y Sonido en Vivo

INSTRUMENTOS DE CUERDA

LECCIÓN No. 41 INSTRUMENTOS DE CUERDA

En los instrumentos de cuerda existen dos clases de movimientos fundamentales que dan lugar a la generación de sonido tras el movimiento de las cuerdas. Las vibraciones de tipo longitudinal donde la dirección de la vibración y la cuerda son paralelas, y las transversales que se caracterizan por establecer una dirección de vibración perpendicular a la seguida por la cuerda. El más común de estos movimientos es el transversal y está asociado directamente con los instrumentos musicales de cuerdas. Las vibraciones se originan solo cuando las cuerdas están tensionadas a través de un anclaje que se realiza sobre el cuerpo del instrumento a los extremos del mismo; cada una de las puntas de la cuerda está sujeta a un anclaje diferente.

Fig. 92. Instrumentos de cuerda.

Principios de funcionamiento: El mecanismo básico que da origen al sonido en los instrumentos de cuerda es prácticamente el mismo en todos los casos. Surge una diferencia únicamente en la manera como se tocan las cuerdas ya que éstas pueden ser frotadas, golpeadas o pulsadas.

Ahora, la condición necesaria para que las cuerdas entren en vibración y se produzca una perturbación en su posición central, es que éstas estén tensas y atadas en sus dos extremos. Cuando la cuerda es golpeada se desplaza hacia arriba desde su punto de equilibrio, como consecuencia de la tensión, y a su vez, por las propiedades elásticas de la misma, éstas tienden al punto central de equilibrio generando un movimiento oscilatorio constante que perturba el aire y crea ondas de sonido. Cuando la cuerda se encuentra en movimiento, las vibraciones se propagan a lo largo de la misma y se reflejan en sus extremos. Este fenómeno da lugar a la formación de puntos de máxima y nula amplitud denominados vientres y nodos respectivamente.

La onda de frecuencia inferior se llama fundamental y da el tono de los

instrumentos musicales, entre tanto el resto de los armónicos acompañan a la

frecuencia fundamental y dan origen al timbre del sonido.

En cuanto al espectro de frecuencia de los instrumentos de cuerda se tiene que

al incrementar la tensión y disminuir su longitud, la frecuencia crece y decrece

en el caso contrario. Con las condiciones de longitud y tensión constante de las

cuerdas, pero variando el diámetro de las mismas, cuando se utilizan cuerdas

gruesas y pesadas se crean frecuencias más bajas, mientras que si se usan

delgadas y ligeras se generan frecuencias más altas o agudas (Recuero,

1999:325).

Finalmente la directividad de los instrumentos de cuerda es similar a la del violín que se relaciona en la siguiente figura donde al aumentar la frecuencia la directividad decrece. En el caso del piano el patrón polar de directividad es diferente ya que aumenta la misma al incrementarse la frecuencia.

Fig. 93. Directividad Violín y Piano.

INSTRUMENTOS DE VIENTO

LECCIÓN No. 42 INSTRUMENTOS DE VIENTO

Los instrumentos de viento tienen un comportamiento similar a los instrumentos de cuerda en el sentido de que en ambos se generan nodos y vientres tras la vibración de una columna de aire en el primero y de las cuerdas en el segundo. La particularidad de los instrumentos de viento se encuentra en que el

movimiento de las ondas es de carácter longitudinal a diferencia de las cuerdas que es transversal.

Fig. 94. Instrumentos musicales de viento.

Principios de funcionamiento: El sonido producido por los instrumentos de viento se genera a través de la acción de una columna de aire que se desplaza a lo largo de un tubo cilíndrico o prismático; generalmente de metal o madera, que entra en vibración con el cuerpo del instrumento, generando la perturbación acústica en el medio externo al instrumento.

Ahora bien, la altura del sonido producido por estos instrumentos depende esencialmente de la longitud de los tubos y de la corriente de aire que fluye a través de los mismos más que del material; entre más corta sea la longitud los sonidos son más agudos. De igual manera los tubos se pueden clasificar de dos formas diferentes: la primera de ellas en relación a la abertura de los extremos, si son cerrados o abiertos, y la segunda haciendo referencia a la manera en que se genera la vibración de la columna de aire.

La segunda categoría de clasificación de los tubos es la más importante porque define las características de los mecanismos que dan origen a la vibración de la columna de aire que viaja a través del instrumento. Los tipos de tubos de esta categoría son: 1) tubos de embocaduras de flautas y 2) tubos de embocaduras de lengüeta.

Fig. 95. Mecanismos de vibración de la columna de aire a) embocadura de flauta y b) embocadura de lengüeta.

La columna de aire ajusta su longitud, con el fin de obtener la frecuencia deseada

por medio de orificios, correderas y pistones. Los orificios son perforaciones

laterales del tubo acústico, que hacen variar la vibración de la columna de aire

comprendida entre la embocadura y el orificio. En este sentido, se puede

modificar la vibración abriendo y tapando los orificios según se desee. En los

instrumentos musicales, son las denominadas llaves las que efectúan esta

función. Las propiedades sonoras, están caracterizadas por el número de

orificios, su posición, así como por la relación entre el diámetro del orificio y el

del tubo (Recuero, 1999:336).

Con el fin de variar la longitud de los tubos de una forma directa se utilizan las

correderas y los pistones, son mecanismos que permiten desviar el aire que llega

de la embocadura para así aumentar la longitud efectiva del tubo.

Las características direccionales de algunos de estos instrumentos se relacionan en la siguiente figura.

Fig. 96. Directividad de a) trompeta b) saxofón y c) trombón.

INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN

LECCIÓN No. 43 INSTRUMENTOS DE PERCUSIÓN

Los instrumentos de percusión se caracterizan por generar sonidos a partir del golpe que el músico propicia sobre una membrana o superficie, generalmente tensionada sobre un cuerpo que la soporta. Los sonidos son más agudos entre mayor sea la tensión a la que se somete dicha membrana; a medida que la tensión de la misma se reduce las componentes de frecuencia asociadas al sonido que se genera son más bajas, más graves. De igual forma existen

instrumentos de percusión que están constituidos por superficies rígidas que vibran cuando son golpeadas al igual que en los instrumentos de membrana.

Fig. 97. Instrumentos de percusión.

Principios de funcionamiento: En el caso de los instrumentos de percusión de superficie rígida, tras el golpe propiciado por el músico se generan ondas longitudinales que viajan a través de la superficie, dando lugar a la generación de un sonido que tiene un tono específico y definido.

El principio de funcionamiento de los instrumentos de percusión de membrana es similar al de vibración de cuerdas dado la tensión y los materiales elásticos que se emplean en dichos instrumentos. La diferencia entre ellos está en que en los instrumentos de percusión se generan líneas de nodos y de vientre mientras que en los instrumentos de cuerdas se crean solo puntos individuales de los mismos.

Cuando toda la superficie se mueve constantemente de arriba a abajo, la línea nodal aparece en el borde de la membrana, generando una nota que será la fundamental, la cual depende del tamaño y de la tensión a la que se encuentre sometida la misma.

El rango de frecuencia asociado al sonido generado por algunos instrumentos de percusión se relaciona en la siguiente tabla.

La siguiente figura relaciona las características de directividad de un instrumento de percusión de membrana.

Fig. 98. Directividad de un bombo a diferentes frecuencias.

La gran mayoría de instrumentos de percusión de membrana generan sonidos de baja frecuencia y tienen un patrón polar de directividad omnidireccional. Por el contrario los instrumentos de percusión de sección rígida son más directivos y generan sonidos con una gama más amplia de frecuencias incluyendo las altas.

CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO UNO

LECCIÓN No. 44 CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO UNO

Cuando se habla de sonido en vivo se hace referencia a las instalaciones electroacústicas adaptadas a los grandes y pequeños eventos o espectáculos; conciertos, obras de teatro, musicales, etc.

Las instalaciones de sonido en vivo en su forma más básica están constituidas por un micrófono, una mesa de mezcla, un par de altavoces, un amplificador y su respectivo cableado.

Fig. 99. Sistema básico de sonido en vivo.

La finalidad de estos sistemas es transformar la señal acústica producida por un músico, un orador o el conjunto de ellos dispuestos en un escenario, en una señal eléctrica que pueda ser ruteada, manipulada, procesada y amplificada, para finalmente generar y transmitir una señal acústica de alta potencia a través de los transductores electroacústicos de salida dispuestos en la etapa final del sistema de sonido.

Ahora bien, los sistemas de sonido en vivo aumentan su grado de complejidad a medida que se instalan y adhieren más dispositivos de transducción, amplificación, manipulación y procesamiento de señal de audio a la instalación en general.

Las instalaciones de sonido en vivo están integradas por cinco subsistemas generales:

1. Amplificación. Este subsistema integra todos los elementos relacionados con la etapa de potencia del sistema general. Aquí se realizan los cálculos de impedancia y de potencia de salida necesarios para poder conectar y enviar señal amplificada al complejo de altavoces acuñados en la instalación en su conjunto. También se tienen en cuenta aspectos inherentes al suministro de energía y el manejo del cableado eléctrico que puede generar algún tipo de interferencia eléctrica sobre la señal de audio circulante por todo el sistema.

2. Captura, ruteo y Mezcla. En este subsistema se acuñan el conjunto de dispositivos de audio especialmente dispuestos para la captura de señal acústica, micrófonos, el ruteo de la señal eléctrica antes de ser amplificada y la mezcla de todos los canales de captura instalados en el escenario.

3. Procesos. El subsistema de procesos está asociado al conjunto de dispositivos electroacústicos especialmente diseñados para la manipulación y el procesamiento de la señal eléctrica de audio. Aquí se encuentran instalados y conectados al resto del sistema los procesadores como compresores, ecualizadores, procesadores de efectos y demás dispositivos.

4. Monitoreo. En este subsistema se tienen el juego de altavoces instalados en el escenario para la emisión interna de sonido que es empleado por los músicos para llevar un monitoreo constante, del sonido que está saliendo al publico o en particular, de las señales de audio que el músico quiere escuchar exclusivamente.

5. PA. Finalmente el subsistema denominado PA está compuesto por el conjunto de altavoces que se instalan en la parte frontal del escenario, para llevar la señal acústica producida por los músicos, hacia el público a través de la amplificación en potencia de la misma.

CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO DOS

LECCIÓN No. 45 CONSIDERACIONES BÁSICAS SONIDO EN VIVO DOS

Los sistemas de sondo en vivo están compuestos por una gran cantidad de dispositivos electroacústicos que se conectan en función de las necesidades de la puesta en escena. En grandes eventos, los sistemas de sonido por lo general se implementan para reproducir el sonido a más de dos vías: bajos, medios y altos, además de contar con los subsistemas de sonido mencionados en la lección anterior; de amplificación, de captura, de ruteo y mezcla de procesos, de monitoreo y finalmente de PA.

Los siguientes gráficos esquematizan la conexión general de los sistemas de sonido en vivo en full rango y a dos vías, teniendo en cuenta los diferentes subsistemas que integran el mismo.

Fig. 100. Sistema full rango a dos vías sonido en vivo.

Fig. 101. Sistema sonido en vivo biamplificado a dos vías.

Fig. 102. Conexión monitoreo y PA de un sistema de sonido en vivo.

Bibliografía

BIBLIOGRAFÍA

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