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lunes, 29 de abril de 2013

EL ORIGEN DE LOS SISTEMAS DE AUDIO LINE ARRAY

Actualmente es difícil concebir un sistema profesional de PA, sin tener en cuenta los sistemas de audio Line Array.



El principio teórico, no es nada novedoso, el primero en plantearlo, fue Auguste Jean Fresnel, en 1814, quien demostró una multiplicidad de fenómenos manifestados por la luz polarizada.

Fresnel amplió el desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz dándole el rigor y la precisión matemática de la que carecía.



Las ideas de Fresnel sobre las ondas de la luz difieren de la tesis de Young. Éste creía que las vibraciones luminosas se efectuaban en dirección paralela a la propagación de las ondas luminosas, ello, le impidió tener la capacidad para percatarse en la imagen ondulatoria de los fenómenos de polarización descubiertos hacia 1805 por el geómetra francés Louis Etienne Malus.

Fresnel explica gran número de fenómenos manifestados por la luz polarizada, distingue que dos rayos polarizados en el mismo plano se interfieren, pero no lo hacen si están polarizados entre sí perpendicularmente, este descubrimiento le hace pensar que en un rayo polarizado debe ocurrir algo perpendicularmente en dirección a la propagación y establece que ese algo no puede ser más que la misma vibración luminosa.

De este planteamiento se deduce que las vibraciones en la luz no pueden ser longitudinales, como Young creía, sino perpendiculares a la dirección de propagación, o sea, transversales.



Harry F. Olson en su libro "Acoustical Engineering", publicado en 1947, ya presentaba varias teorías aplicadas a la acústica de arreglos lineales.

Desde entonces hasta ahora no han dejado de utilizarse estas aplicaciones en sistemas de megafonía.

Estos arreglos lineales “primitivos” nos han pasado desapercibidos a causa de sus deficiencias, aunque su fundamento teórico es el mismo.

El Doctor Christian Heil, en 1992, presento en AES (Audio Engineering Society) el estudio: "Fuentes sonoras irradiadas por unidades múltiples de sonido“.

Como podéis observar la aportación fue crucial, en el esquema podemos ver tres sistemas de reproducción de ondas cilíndricas combinados, uno de graves, uno de medios y otro de agudos, la distancia entre los conductores de un lado están lo suficientemente cerca para que interfieren constructivamente entre sí y poder reproducir el desplazamiento de una onda cilíndrica de tres vías, por consiguiente con una mayor banda pasante.

Fue entonces, cuando se comenzaron a fabricar los primeros line array tal como se conocen ahora.
Pero. ¿Que es un arreglo lineal?

Podemos definir como arreglo lineal, al conjunto de sistemas de transducción que unidos, sean capaces de generar una sola fuente lineal que se desplace en el espacio como un frente de ondas cilíndrico.
EJEMPLO DEL PRINCIPIO DIMÁMICO.

Si tiramos una piedra dentro de una balsa de agua completamente quieta, provocará una onda circular progresiva emitida a partir del punto de caída de dicha piedra.

Si tiramos un puñado de piedras en la misma balsa, se creará una red de interferencias similar al de un campo sonoro caótico.


Pero si se arrojan al agua estas mismas piedras, metidas dentro de una bolsa, volvemos a observar una onda circular progresiva.

Si buscáramos definir este principio con una sola palabra, la palabra Seria: SINERGIA.

Según la ley de la inversa de los cuadrados, en la propagación de las ondas esféricas, tenemos una atenuación del nivel de presión sonora de 6 dB cada vez que doblamos la distancia entre el objeto emisor y receptor, esto es debido a la propagación del sonido como frente de ondas esféricas.

En este modo de propagación, cada vez que se dobla la distancia del oyente a la fuente, la energía radiada se dispersa en un área 4 veces superior, por consiguiente: La densidad de energía se reduce a una cuarta parte, lo que supone esa caída de 6 dB.

Sin embargo en un sistema line array, el frente de ondas generado por cada elemento es cilíndrico, (casi plano) manteniéndose constante en el plano vertical, por ello no existen interferencias entre cada una de las fuentes, de este modo se consigue una suma coherente de presión.

Por consiguiente el conjunto de unidades se comportará como una fuente única de sonido.

¿QUE CONSEGIMOS CON ESTO?

Que cada vez que doblamos la distancia del oyente a la fuente, el área en la que se dispersa toda la energía del sistema dobla su tamaño.

Esta densidad de energía se reduce solo a la mitad, lo que equivale a una caída de 3 dB.

Pero existe un punto, dependiendo de la frecuencia, cuyo frente de ondas resultante pasará de cilíndrico a esférico, este punto es el que separa el campo cercano del campo lejano, por ello cuanto mayor sea el número de cajas más lejos llegará el campo cercano.

Si aplicamos la siguiente formula, tendremos la relación entre longitud del array y el límite del campo cercano:
D = H2f / 2C
En donde:
H= Altura del array
f= Frecuencia
c= velocidad del sonido
De donde deducimos que:
Distancia máxima del campo cercano = Altura del arreglo, multiplicado por el doble de la frecuencia, partido por el doble de la velocidad del sonido.


Pero hay que tener en cuenta que:Cualquier punto receptor en el campo cercano está sobre el eje de uno solo de los difusores de alta frecuencia altamente direccionales, pero recibirá la energía de la baja frecuencia de la mayor parte de los componentes del arreglo.

Por esta razón, al añadir más componentes al arreglo aumentará la energía de baja frecuencia en el campo cercano, pero las altas frecuencias permanecerán igual.

Por ello, los arreglos lineales necesitan ecualización para aumentar las altas frecuencias:

Esto implica la creación de distintos “presets” en el DSP según la configuración del arreglo.

En campo lejano, la ecualización compensa la pérdida por la propagación en el aire.

En el campo cercano, la ecualización compensa la suma constructiva de las bajas frecuencias.

16 comentarios:

  1. Ya era hora de que alguien explicara de forma clara y sencila como funciona esto de se te oiga claro a cien metros sin freír los tímpanos a los de la primera fila.
    Un 10!!

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    1. Gracias juan Jose por tu comentario, esperamos que se anime mas gente a participar

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  2. hola.Mi pregunta es: un sistema line array cuantos metros puede llegar a lanzar sin perdidas y q anchura o distancia debe de tener entre canales izquierdo y derecho?gracias y un saludo. tapy decibelios.

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    1. Hay que tener en cuenta que en cualquier sistema Line Array estéreo, el solapamiento de L y R nunca producirá una suma totalmente constructiva de presión sonora, para establecer la distancia del posicionamiento entre ambos clusters hay que tener en cuenta la cobertura horizontal de los Line Array y esta nos determinará la zona frontal cercana al escenario que queda sin cobertura, a continuación hay que estudiar la manera de cubrir esta zona muerta con sistemas adicionales de proyección frontal.

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  3. Depende de la altura del array y de la frecuencia, a más altura de array mas metros mantiene la onda cilíndrica, dependiendo de la frecuencia reproducida.

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  4. ¿Cómo podemos saber hasta que distancia se comporta un Line Array como tal y a partir de que distancia deja de serlo?

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    1. Como comentamos en el artículo, existe un punto dependiendo de la frecuencia, cuyo frente de ondas resultante pasará de cilíndrico a esférico, este punto es el que separa el campo cercano del campo lejano, por ello, cuanto mayor sea el número de cajas obtendremos mayor altura de la onda cilíndrica y más lejos llegará el campo cercano, la distancia máxima del campo cercano será igual a la altura del Line Array, multiplicado por el doble de la frecuencia, partido por el doble de la velocidad del sonido, como puedes observar la distancia máxima del campo cercano no es igual para todas las frecuencias.

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  5. ¿Entonces en graves lanzará menos?

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    1. Se puede entender de este modo, pero lo que sucede en realidad, es que el límite del campo cercano es mas corto en las bajas frecuencias y a partir de este límite la onda cilíndrica se transforma en esférica, entonces cada vez que la onda duplique el recorrido, en vez de perder 3dB, perderá 6dB.

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  6. Hola

    He observado que en los conciertos, en general delante se oyen los bajos a tope y a medida que te vas alejando, el sonido que va clarificando, e incluso al final se oyen pocos graves. Tiene esto que ver con el cálculo de la altura del array, o con la distancia en que las ondas pasan de cilindricas a esféricas, se hace a propósito para que los distintos públicos estén a gusto?

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  7. Normalmente se hace a propósito por dos motivos diferentes: Como ya sabemos, el limite del campo cercano en las bajas frecuencias es mas corto y hay que realzar los graves, ya que, la perdida como onda esférica es mayor (6dB cada vez que duplica el recorrido) y el segundo motivo consiste crear mas contundencia en subgraves para exaltar a los “fans” que suelen posicionarse en las primeras filas.

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  8. Que diferencia hay en car audio entre tener un cajón de subgrabe sellado o tenerlo con una salida de aire o respiradero. En mi caso el cajón es cilíndrico y el sub. es de 12". Otra de las dudas que tengo es cual puede ser la diferencia que se puede apreciar variando tanto la longitud como el diámetro del tubo del respiradero del cajón en caso de dejarlo abierto. Te recuerdo que esta pregunta es sobre un equipo de sonido profesional para coche. Saludos desde Asturias.

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  9. Si utilizas un recinto de graves cerrado, no necesitas hacer ningún cálculo, ya que la respuesta de graves será la del propio altavoz y dependiendo de los litros del recinto obtendrás una respuesta diferente, a más litros, permitirá una mayor excursión del cono y por consiguiente mayor eficiencia en graves, en cambio para construir un recinto abierto (Bass réflex) si hay que hacer cálculos, estos, dependen de los parámetros del altavoz y de la frecuencia de sintonía del resonador del recinto, si quieres hacerlo bien, yo te aconsejo que te instales un programa de calculo de cajas acústicas y lo podrás resolver mejor, espero que eso te haya aclarado algo.

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  10. Hola a todos:
    Me gustaria saber mas cosas sobre las guias de onda de los line arrays

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  11. Hola Andrés, puedes encontrar información en la red. Pero de todos modos si te esperas, estamos preparando un artículo sobre las guias de onda para la próxima semana.

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