miércoles, 4 de febrero de 2009

Instalaciones de megafonía

Fundamentos de acústica
Instrumentos de medidaCables y conectores
Micrófonos
Altavoces y auriculares
Filtros y cajas acústicas
Amplificación (previos)
Amplificadores de potencia
Ecualizadores


Fundamentos de acústica

Sonido grave

Los Graves o tonos graves son el intervalo de las bajas frecuencias, que el oído humano es capaz de interpretar. Este margen está comprendida entre los 20 y 300 Hz.El oído humano es capaz de captar vibraciones de un amplio espectro de frecuencias aproximadamente entre 20 y 20 000 Hz, margen de audiofrecuencias que determina el llamado espectro audible.

Sonido agudo

Sonidos agudos son los sonidos o tonos que componen la gama de altas frecuencias del espectro audible (de los 20 a los 20.000 hercios son las audiofrecuencias que el oído humano es capaz de captar). Generalmente los sonidos por encima de 5 kHz son considerados agudos.

Percepción

En la dimensión melódica de la música el término agudo (del latín, acutus) designa la zona de las altas frecuencias en contraposición al concepto de grave.

El agudo es una noción muy relativa que se ha de asociar necesariamente a un ámbito en particular. No se da una frontera precisa en la que se pueda separar el agudo del sonido medio hasta llegar al grave.

En un ámbito coloquial referido a la totalidad de frecuencias percibidas por el oído humano, se puede considerar por ejemplo que una persona está sorda, para estas frecuencias, al perder capacidad auditiva y no percibir los agudos.

Resulta más obvio en el caso del ámbito musical, en la que dependerá del instrumento, voz o partitura a la que se refiera. Así, los sonidos agudos de una soprano y de un bajo no corresponderán en absoluto a las mismas notas.

La costumbre de representar la altura relativa de un sonido en un eje vertical, situando los agudos en la parte superior y contrapuestos los graves en la parte baja de esa escala, dará lugar a partir de la Edad Media a la notación musical occidental escrita en partituras; resultado de ello ha sido la asociación de ambos conceptos, por lo que se han convertido en sinónimos por un lado de sonido agudo el término alto, en tanto que de los graves lo son los bajos.

En ciertos instrumentos de viento, tanto de metal (trompeta, trombón, tromba...) como de madera (flauta, clarinete, saxofón...), el agudo puede designar más precisamente a un registro musical particular, en oposición a los registros grave, medio y súper agudo. Es decir, una cierta altura musical poseerá las mismas características de sonoridad, exigiendo la misma técnica.

En música clásica y concerniente a las voces agudas, sopranos y tenores, el contra-ut o contra-ut agudo designa habitualmente un do, más agudo de una octava, que el do más agudo del registro habitual. Por ejemplo, para una voz tenor, el do grave es el ut 2, el do agudo es el ut 3 (el medio), y el contra-ut agudo, el ut 4, en la octava superior.

2. Instrumentos de medida

Sonómetro

El sonómetro no mide el sonido. Hasta la fecha (2007), no se ha podido diseñar un instrumento que mida de forma eficaz el sonido tal y como es percibido por el oído humano. Por lo que este instrumento de medida sirve exclusivamente para medir niveles de presión sonora (de los que depende la amplitud y, por tanto, la intensidad acústica y su percepción, sonoridad).

En concreto, el sonómetro mide el nivel de ruido que hay en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonómetro es el decibelio. Si no se usan curvas ponderadas (sonómetro integrador), se entiende que son (decibeliosSPL).

Cuando el sonómetro se utiliza para medir lo que se conoce como contaminación acústica (ruido molesto de un determinado paisaje sonoro) hay que tener en cuenta qué es lo que se va a medir, pues el ruido puede tener multitud de causas y proceder de fuentes muy diferentes. Para hacer frente a esta gran variedad de ruido ambiental (continuo, impulsivo, etc.) se han creado sonómetros específicos que permitan hacer las mediciones de ruido pertinentes.

En los sonómetros la medición puede ser manual, o bien, estar programada de antemano. En cuanto al tiempo entre las tomas de nivel cuando el sonómetro está programado, depende del propio modelo. Algunos sonómetros permiten un almacenamiento automático que va desde un segundo, o menos, hasta las 24 horas.

Además, hay sonómetros que permiten programar el inicio y el final de las mediciones con antelación.Además, en todos los países, normas nacionales y internacionales clasifican los sonómetros en función de su grado de precisión. En España y otros países europeos se sigue la norma CEI 60651, donde se establecen 4 tipos en función de su grado de precisión. De más a menos:

Sonómetro de clase 0: se utiliza en laboratorios para obtener niveles de referencia.Sonómetro de clase 1: permite el trabajo de campo con precisión.Sonómetro de clase 2: permite realizar mediciones generales en los trabajos de campo.Sonómetro de clase 3: es el menos preciso y sólo permite realizar mediciones aproximadas, por lo que sólo se utiliza para realizar reconocimientos.

Sea del tipo que sea, básicamente, el sonómetro siempre está formado por:
Un micrófono con una respuesta en frecuencia similar a la de las audiofrecuencias, generalmente, entre 8 Hz y 22 kHzUn circuito que procesa electrónicamente la señal.Una unidad de lectura (vúmetro, led, pantalla digital, etc.).Muchos sonómetros cuentan con una salida (un jack, por lo general, situado en el lateral), que permite conectarlo con un osciloscopio, con lo que la medición de la presión sonora se complementa con la visualización de la forma de la onda.

Analizador de espectro

Un analizador de espectro es un instrumento electrónico que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas.

En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dB del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla.

A menudo se mide con ellos el espectro de la potencia eléctrica.En la actualidad está siendo reemplazado por el analizador vectorial de señales.

Tipos


Hay analizadores analógicos y digitales de espectro:

Un analizador analógico de espectro utiliza un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina automáticamente dentro de una gama de fija. También se puede emplear un banco de filtros o un receptor superheterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias.

Un analizador digital del espectro utiliza la transformada rápida de Fourier (FFT), un proceso matemático que transforma una señal en sus componentes espectrales.

3. Cables y conectores

Jack (conector)

De izquierda a derecha: mono de 2,5 mm.;
mono y estéreo de 3,5 mm.;
estéreo de 6,3 mm.

El conector Jack es un conector de audio utilizado en numerosos dispositivos para la transmisión de sonido en formato analógico.Hay conectores Jack de varios diámetros: 2.5mm, 3.5mm y 6.35mm. Los más usados son los de 3.5mm, también llamados minijack; son los que se utilizan en dispositivos portátiles, como los mp3, para la salida de los cascos. El de 2.5mm es menos utilizado, pero se utiliza también en dispositivos pequeños. El de 6.35mm se utiliza sobre todo en audio profesional e instrumentos musicales eléctricos.

Canales de un Jack de audio

Un Jack de audio puede llevar dos canales de audio por separado, por lo que es un conector estéreo, o bien uno sólo mono. El Jack estéreo lleva tres pines para soldar y por tanto tres divisiones metálicas en su cuerpo, una para cada canal y una más que sería la masa o malla. El jack de tres pines también puede mandar una señal mono balanceada al igual que los Bantham. El jack mono lleva dos pines y por tanto, dos divisiones metálicas en su cuerpo.En los Jacks stereo el extremo (tip) se considera siempre el canal izquierdo (L), el anillo (ring) se considera el canal derecho (R), y la base es siempre masa (GND).Existen Jacks de 4 vías, usados para aplicaciones de audio-vídeo.

Los conectores Jack en el PC

Las tarjetas de sonido de los ordenadores comunes utilizan este tipo de conectores, siempre de tipo hembra, al que hay que conectar los altavoces u otros dispositivos por medio de un conector macho Jack de 3.5mm de diámetro. En el caso de los ordenadores, como tienen varios conectores de este tipo, se utiliza un código de colores para distinguirlos:Verde: Salida de línea estéreo para conectar altavoces o cascos.Azul: Entrada de línea estéreo, para capturar sonido de cualquier fuente, excepto micrófonos.Rosa / rojo: Entrada de audio mono, para conectar un micrófono.Los ordenadores dotados de sistema de sonido envolvente 5.1 usan además estas conexiones:Gris: Salida de línea para conectar los altavoces delanteros.Negro: Salida de línea para conectar los altavoces traseros.Calabaza: Salida de línea para conectar el altavoz central o el subwoofer (subgrave).

Conector DIN

Un Conector DIN es un conector que fue originariamente estandarizado por el Deutsches Institut für Normung (DIN), la organización de estandarización alemana. Existen estándares DIN para una gran cantidad de diferentes conectores, por lo tanto el término "Conector DIN" por si sólo es ligeramente ambiguo ya que no identifica a un conector particular a menos que se le añada un número de documento que ilustre del tipo de conector en particular (por ejemplo "Conector DIN 41524"). En el contexto de electrónica de consumo, el término de "conector DIN" se refiere por regla general a los conectores con extremo circular que fueron los que primero se estandarizaron por DIN para ser empleados en las señales de audio analógicas. Algunos de estos conectores fueron usados posteriormente en la transmisión de vídeo analógico y en interfaces digitales como por ejemplo MIDI o el conector PS/2 de teclado y mouse de IBM. Los estándares DIN para estos conectores no estuvieron mucho tiempo en prensa y fueron pronto reemplazados por los equivalentes internacionales IEC 60130-9.

Conectores Circulares de Radio

Todos los conectores macho (plugs) de la familia de conectores tienen extremo de metal con 13.2 mm de diámetro con bordes especiales para limitar la orientación al ser insertados en las ranuras. Existe un rango de conectores de la misma forma que difieren solo en la configuración de los pines y que fue estandarizado originariamente en la DIN 41524 (de 3- y 5- pines), la DIN 45322 (de 5-pines a 60°), la DIN 45326 (8-pines), la DIN 45329 (7-pines), y otros estándares para un rango de diferentes aplicaciones.

Los conectores consisten en una camisa metálica circular para proteger los pines que sobresalen. La camisa metálica está dentada para que sea insertada con la orientación correcta en su enchufe y prevenir de esta forma el daño en los aparatos eléctricos.Existen siete patrones comunes y cualquier número de pines desde tres hasta ocho. Existen dos conectores de cinco pines diferentes, conocidos en la industria como 180° y 240° (a veces denominado de 270°) intentando mencionar la disposición de los pines. Existe alguna ligera compatibilidad, por ejemplo un conector de tres pines puede ajustarse en cualquier enchufe de cinco pines de 180°, permitiendo que tres de los pines del conector queden sin conexión, pero uno de cinco pines no se enchufará en uno de tres pines. Al igual que uno de cinco pines encaja en un enchufe de siete o de ocho.

4. Micrófonos

El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de transformar (traducir) las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica.

Clasificación de los micrófonos
Los micrófonos se pueden dividir según varias clasificaciones:
Según su directividad.
Según el transductor.
Según su utilidad.


Según la directividad

Como se mencionó en las características hay 3 tipos de micros:
Micrófono omnidireccional
Los microfónos omnidireccionales tienen un diagrama polar de 360º (la circunferencia completa).Los micros omnidireccionales tienen una respuesta de sensibilidad constante, lo que significa que capta todos los sonidos independientemente de la dirección desde donde lleguen.Su principal inconveniente es que, al captarlo todo, captan tanto lo que queremos como lo que no: ruido del entorno, reflexiones acústicas, etc.
Es un tipo de micrófono más utilizado en radio que en televisión, porque posibilita situar a varias personas alrededor de un solo micrófono. No obstante, no se recomienda en video o televisión, donde no queda estético y, donde, es más recomendable, utilizar micros direccionales que eliminen los ruidos no deseados como el producido por el movimiento de cámaras, etc.
Sin embargo, puede ser recomendable su utilización cuando sea imprescindible seguir los movimientos de un sujeto o cuando haya que grabar grupos numerosos. En estos casos, se puede colocar colgado del techo encima de donde se produzca la acción, por ejemplo, colgado sobre una orquesta (plano lejano sonoro).
La respuesta plana omnidireccional sólo se da entre los 20Hz y los 2 Khz. La respuesta óptima se logra con fuentes situadas en torno a los 45º en frecuencias de. Más allá, se perderán agudos y, por lo tanto, el sonido resultara apagado. En los 180º grados la respuesta perderá 6 dB en los agudos con respecto a los graves para una frecuencia de 3KHz, diferencia que conforme aumente la frecuencia será más notable (en los 8 kHz, en los 180º, serán 15 dB).

Micrófono de zona de presión

Los micrófonos de zona de presión (MZP - Presure Zone Microphone) captan el sonido proveniente de todas las direcciones, por lo que son omnidireccionales (con diagrama polar circular). Esto supone un inconveniente, dado que no es aconsejable su uso cuando hay un altavoces cerca, pues acopla.
El micrófono de zona de presión consta de dos partes: la cápsula microfónica propiamente dicha y reflector paraboloide de unos 15 cm de diámetro. La cápsula microfónica está separada 2 o 3 milímetros del plato. La cápsula es una cavidad rígida (cerrada) con una única abertura en su parte superior, que es por donde llegaran las ondas sonoras.
El micrófono se coloca de modo que la abertura queda mirando al plato o reflector paraboloide, mientras que la parte cerrada queda en dirección a la fuente sonora. Los frentes de onda llegaran al reflector que lo recorecoge y los redirige hacia la cápsula.
Se fija al suelo, mesa, pared y se usa normalmente para destacar ruidos reflejados por el entorno. No obstante, no se trata de un micrófono de contacto, como los utilizados en la tecnología MIDI (pastillas de guitarra, etc.), pues, ni se coloca directamente sobre la fuente sonora, ni capta las vibraciones superficiales.su principal inconveniente es que produce coloración en las frecuencias altas (agudos), por reforzamiento de fase producido por las reflexiones.

Micrófono bidireccional

El micrófono de bidireccional tiene un diagrama polar en forma de 8, lo que significa que captan tanto el sonido que les llega por su parte frontal, como por su parte posterior. Sin embargo, son mudos al sonido que les llega por los laterales.Un inconveniente del diagrama polar en forma de ocho es que hay que tener cuidado con las cancelaciones que puedan producirse por contrafases. De ocurrir esto, se puede corregir reorientando el micro.Esta respuesta polar o polarizada, comienza a perder eficiencia por encima de los 10 Khz. Donde, ofrecen mayor sensibilidad a los sonidos procedentes del eje horizontal que del eje vertical. Esto se produce porque los agudos que llegan por encima del micrófono sufren un cancelación parcial, debido a que las fases se interfieren.

Micrófono de gradiente de presión

En el micrófono de gradiente de presión (llamado también de velocidad de presión), la membrana esta libre y se mueve hacia adelante o hacia atrás, en función de la presión sonora incidente.Los micros de gradiente de presión captan tanto el sonido que reciben por su parte frontal, como el que reciben por su parte posterior; por lo que son bidireccionales (Con diagrama polar en forma de 8).El sonido resultante es fruto de la diferencia de presión que hay entre los dos lados. Hay un momento, en que si la presión se iguala, el sonido se anula. Es un punto muerto de sonido, donde no se captaEl inconveniente de los micros de gradiente de presión es que colorea los graves. Se produce lo que se conoce como efecto proximidad o efecto pop que consiste en que las bajas frecuencias se refuerzan cuando la fuente está próxima. Esto se puede anular mediante un filtro.

Los micrófonos unidireccionales o direccionales son aquellos micrófonos muy sensibles a una única dirección y relativamente sordos a las restantes.Su principal inconveniente es que no dan una respuesta constante: son más direccionales si se trata de frecuencies altas (agudos) que si son de bajas (graves), ya que la direccionalidad del sonido, como de todo tipo de ondas (ya sean mecánicas o electromagnéticas), depende de su frecuencia.

Su principal ventaja es que permite una captación localizada del sonido. Normalmente, se utilizan acoplados a jirafas de sonidoDentro de los micrófonos direccionales se hayan diferentes tipos:

Micrófono cardioides: Muy sensibles a los sonidos provenientes por el frente y muy poco sensibles a los que le llegan por detrás.

Micrófono hipercardioide: Lóbulo frontal más prominente que el cardioide o el supercardioide, pero recoge más sonido por su parte posterior que el cardioide y el supercardioide

Micrófono supercardioide: Lóbulo frontal más prominente que el cardioide, pero menos que el hipercardioide. Mayor sensibilidad posterior que el cardioide, pero menor que el hipercardioide.

5. Altavoces y auriculares

Altavoz

El altavoz es un transductor, en concreto, un transductor electroacústico, en el que la transducción sigue un doble procedimiento: eléctrico-mecánico-acústico.

En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica, y en la segunda convierte la energía mecánica en energía acústica. Es por tanto la puerta por donde sale el sonido al exterior desde los aparatos que posibilitaron su amplificación, su transmisión por medios telefónicos o radioeléctricos, o su tratamiento.

El sonido se transmite mediante ondas sonoras a través del aire. El oído capta estas ondas y las transforma en impulsos nerviosos que llegan al cerebro. Si se dispone de una grabación de voz, de música en soporte magnético o digital, o si se recibe estas señales por radio, se dispondrá a la salida del aparato de unas señales eléctricas que deben ser convertidas en sonidos audibles; para ello se utiliza el altavoz.

Potencia

Hace referencia a la potencia eléctrica que entra en el altavoz (no a la potencia acústica.) Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.

Potencia Nominal

Potencia máxima, en régimen continuo, que puede soportar el altavoz antes de deteriorarse. Si se hace trabajar al altavoz por encima de esa potencia nominal se podrá dañar irremediablemente el altavoz ya que éste no podrá disipar el calor producido por la corriente eléctrica que circula por la bobina y ésta puede fundir el aislante que recubre el hilo de cobre que la forma, provocando cortocircuitos o cortándose la espalda por fusión del hilo de cobre.

Potencia de pico máximo o potencia admisible

Potencia máxima impulsiva (un pico de señal), que puede soportar cada cierto tiempo el altavoz antes de deteriorarse. Corresponde al valor máximo instantáneo de potencia que puede aplicarse durante un tiempo muy corto. Este valor está muy relacionado con otra limitación de los altavoces que es el máximo recorrido de la bobina sin que se destruya el diafragma (esto se denomina desconado del altavoz.) Esta potencia es mayor que la potencia media máxima.

Sensibilidad

Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica. Es decir, mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida.

Suele darse en dB/W, medidos a 1 m de distancia y aplicando una potencia de 1 W al altavoz ( 2,83 V sobre 8 Ω).

Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre. Esto se debe a que la mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.

Rendimiento

El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz. Es el tanto por cien que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada. Potencia acústica / potencia eléctrica x 100.

Distorsión

El altavoz es uno de los sistemas de audio que presenta mayor distorsión, por lo que los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. La distorsión tiene causas muy variadas: flujo del entrehierro, vibraciones parciales, modulación de frecuencia sobre el diafragma, alinealidad de las suspensiones, etc.
-La mayor parte de la distorsión se concentra en el segundo y tercer armónico, por lo que afectará en mayor medida a los tonos graves. Se trata de una distorsión en torno al 10%.
-En las medias y altas frecuencias esta distorsión es proporcionalmente mucho menor y no llega al 1%, aunque en las gargantas de bocinas de alta frecuencia esta distorsión se dispara hasta un margen del 10-15%.

Auriculares

Un auricular es un dispositivo para escuchar sonidos. Los auriculares son considerados como un aparato electrónico que se coloca sobre las orejas, o en el oído. Normalmente posee dos altavoces, que funcionan igual que una bocina pero de tamaño menor los cuales hacen que el sonido sea más personal; los auriculares son principalmente usados en aparatos como radios o reproductores musicales, (incluyendo la computadora), pero también pueden ser conectados a amplificadores musicales.

Los tipos de auriculares que hay son:
Supra-aurales
Circumaurales
Intrauriculares

6. Filtros y cajas acústicas

Filtro

Un filtro eléctrico o filtro electrónico es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.

Características

Función de transferencia

Con independencia de la realización concreta del filtro (analógico, digital o mecánico) la forma de comportarse de un filtro se describe por su función de transferencia. Ésta determina la forma en que la señal aplicada cambia en amplitud y en fase al atravesar el filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro.

Tipos de filtro

Filtro paso bajo: Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 o continua hasta una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia.

Filtro paso alto: Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.

Filtro paso banda: Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.

Filtro elimina banda: También llamado filtro rechaza banda, es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.

Filtro multibanda: Es que presenta varios rangos de frecuencias en los cuales hay un comportamiento diferente.

Filtro variable: Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia.

Filtro pasivo: Es el constituido únicamente por componentes pasivos como condensadores, bobinas y resistencias.

Filtro activo: Es aquel que puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la de entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos. Siendo frecuente el uso de amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de bobinas.

Atendiendo a la naturaleza de las señales tratadas los filtros pueden ser:
-Filtro analógico: Diseñado para el tratamiento de señales analógicas.
-Filtro digital: Diseñado para el tratamiento de señales digitales.

Cajas acústicas

Es el tipo de cajas acústicas más comúnmente utilizadas. Es una caja dónde el altavoz tiene su parte posterior dentro de una caja hermética. De esta forma la onda trasera en contrafase con la delantera queda silenciada para evitar el cortocircuito acústico, a la vez que amortigua el altavoz de graves para evitar daños.Se llaman cajas infinitas, pues son una aproximación a un altavoz montado en un panel de dimensiones infinitas, dónde la onda trasera nunca podría llegar a la delantera.