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 Portada - Información y artículos sobre Cine en Casa - Guía de Cine en Casa - Acústica y colocación de altavoces, oyente y otros elementos - Introducción a la acústica de un cine en casa - Introducción al acondicionamiento acústico

Guía de Cine en Casa

Guía de Cine en Casa
  1. Elementos de un equipo de cine en casa
  2. Elección del dispositivo de visualización
  3. Elección de la fuente de vídeo
  4. Elección de la electrónica de procesado y amplificación
  5. Elección de los altavoces
  6. Tipos de cables y modos de conexión
  7. Acústica y colocación de altavoces, oyente y otros elementos
  8. Decoración e iluminación

Publicado en Julio 2007

Actualizado en Mayo 2008

 

7. ACÚSTICA Y COLOCACIÓN DE ALTAVOCES, OYENTE Y OTROS ELEMENTOS

Volver a acústica y colocación de altavoces, oyente y otros elementos

INTRODUCCIÓN AL ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO

Nada afecta tanto a la calidad del sonido como las condiciones acústicas de la sala. Junto con los altavoces (y, obviamente, la calidad de la grabación que se reproduce) constituye el factor más importante.

 

SONIDO DIRECTO Y REFLEJADO

En una habitación disponemos tanto del sonido directo como del sonido reflejado por las diferentes superficies y elementos que hay en la sala. Obviamente, nos llega antes el primero que el segundo. Al primero se le conoce como campo directo y al segundo como campo reverberante. El sonido proveniente de las reflexiones (que está retardado y modificado en cada una de ellas) se suma con el sonido directo, modificándolo profundamente. En las frecuencias e instantes de tiempo coincidentes se producirán sumas coherentes o "realces" y en las demás, sumas incoherentes o "atenuaciones", pudiéndose incluso a producir cancelaciones perfectas.

 

TIPOS DE SUPERFICIES

Las superficies de la sala se comportan de manera similar a como lo hacen con los rayos de luz. Existen superficies perfectamente reflectantes, absorbentes y difusoras:

  • Reflectantes (equivalentes en óptica a un espejo o una superficie brillante, con ángulos de incidencia y reflexión iguales) que son los materiales lisas, rígidas y pulidas. Por ejemplo, cemento, baldosas, vidrio, etc). La energía del sonido reflejado es casi tan fuerte como la del incidente en dicha superficie.
  • Absorbentes y resonadores (equivalentes en óptica a una superficie mate) que son los materiales porosos y blandos. Por ejemplo, sofás, alfombras, sillas, personas... La energía del sonido reflejado es muy pequeña como la del incidente.
  • Difusoras (equivalentes en óptica a una superficie satinada) que son los materiales rígidos pero rugosos y de superficie irregular. El ejemplo más típico y común es una estantería.

 

ABSORBENTES Y RESONADORES

Dentro de los materiales absorbentes podemos tener de espectro ancho y de una frecuencia concreta. En este último caso, se les conoce como resonadores. En este último caso, tenemos dos tipos principales:

  • Resonador de membrana. Es una superficie fijada en sus extremos que vibra a una frecuencia concreta que corresponde a la absorbida. Una pared poco pesada o cualquier tablero puede suponer un elemento de este tipo. Cuanto más pasada sea la membrana, más baja es la frecuencia que absorbe.
  • Resonador de Helmholtz. Es una cavidad que se comunica al exterior mediante un conducto. La masa de aire contenida en el tubo junto con la cavidad, constituyen un filtro notch o "rechazabanda" que produce la absorción de una frecuencia concreta. Cuanto más largo es el tubo y más grande es la cavidad, más baja es la frecuencia que se absorbe.
    Un ejemplo típico es una simple botella. También una altavoz con caja bass-reflex no es más que un resonador de Helmholtz, pero en este caso el tubo y la cavidad se comportan justo al contrario, es decir, como un filtro "pasobanda" que emite una frecuencia producida por el altavoz. Una lámina perforada con una cámara de aire detrás, también es otro ejemplo de resonador de este tipo.
Tipos de soluciones para las esquinas, zonas críticas donde tendremos problemas en cajas frecuencias.
  1. Vemos la esquina "matada", y el hueco aprovechado para poner un resonador Helmholtz de lámina perforada.
  2. Un resonador Helmholz de forma cilíndrica.
  3. Esquina "matada" y el hueco aprovechado para realizar un difusor de geometría policilíndrica
  4. Otra esquina "matada", y hueco aprovechado para un difusor QRD de 1 dimensión para media y altas frecuencias.

Los sonidos de altas y medias frecuencias se pueden absorber mediante los sistemas de espectro ancho. Sin embargo, en bajas frecuencias, debido al gran grosor de debería tener el material absorbente, normalmente se prefiere el uso de resonadores.

En caso de querer construir un panel que absorba un espectro ancho de frecuencias, normalmente se recurre a materiales porosos como la gomaespuma, lana de roca o fibra de vidrio. Su grosor, geometría y densidad dictan el espectro exacto que absorbe, dado que, por supuesto, no es constante a todas las frecuencias. Normalmente se habla de coeficiente de absorción variable con la frecuencia, resultado de dividir la energía reflejada por la energía incidente (por tanto, es un número entre 0 y 1). Es posible conseguir un factor superior a 1 si se tiene en cuenta la absorción en los laterales del material, dado que el coeficiente de absorción se calcula por unidad de superficie.

Es posible modificar el espectro de un absorbente añadiendo detrás una cámara de aire hermética. Hacer variable el grosor del material de absorción o de la cámara de aire, hará que el espectro de absorción sea más ancho y uniforme.

 

DIFUSORES

Difusor QRD de 1 dimensión, refleja el sonido en forma de semicilindros, cuyo eje corresponde al de la dirección de las ranuras.
Difusor QRD de 2 dimensiones, refleja el sonido en forma de semiesferas.
Difusor PRD, alternativa al QRD de dos dimensiones.
Difusor fractálico o anidado. Un difusor QRD de 1 dimensión extendido en alta frecuencia, por el uso de "sub-difusores" más pequeños.

Para conseguir difusión, lo más fácil es recurrir a soluciones comerciales que simplemente se denominan "difusores". Los hay de muchos tipos:

  • QRD (difusor de residuo cuadrático). Los hay de una dimensión que difunden el sonido en forma de semicilindro y de dos dimensiones que lo difunden en forma de semiesfera. Constan de una multitud de ranuras con diferentes profundidades, de modo que reflejan el sonido en distintas direcciones de manera controlada. Su profundidad está relacionado con la mínima frecuencia que difunde y el ancho de sus ranuras con la máxima.
  • PRD (difusor de raíces primitivas). Son similares en funcionamiento a los QRD de dos dimensiones. La diferencia está en que el principio matemático empleado para calcular las profundidades.
  • Otros tipos: MLS, fractales y geométricos en general (ondulados, piramidales, policilíndricos...)
    A veces se combinan con material absorbente, colocándolo en el fondo de cada una de las ranuras. En ese caso hay quien los denomina "absufores". También pueden combinarse con resonadores Helmholtz, de forma que la misma superficie puede difundir medias o altas frecuencias (según para las que esté calculado) y a través de los conductos absorber una baja frecuencia.

 

¿ABSORBENTES O DIFUSORES? PRIMERAS Y SEGUNDAS REFLEXIONES

Para saber si hay que colocar absorbentes ó difusores, hay que hacer un estudio de la incidencia de las reflexiones en la calidad de sonido. Las peores son las denominadas "primeras reflexiones" o de primer orden, es decir, las reflejadas en sólo una superficie, puesto que son las que más energía contienen y más alteran el sonido directo. Además, por un principio llamado "efecto Hass", producen una deslocalización en la fuente de sonido, pensando que tenemos un altavoz fantasma colocado en la pared donde se ha producido dicho rebote.

Esas reflexiones han de ser tratadas con materiales de absorción. Normalmente, un espejo puesto en la pared ayuda a encontrar esos puntos de primera reflexión. Sentados en nuestro punto de escucha, si vemos una de las cajas acústicas reflejada en un espejo puesto en la pared, sabemos que en ese punto habrá que colocar un absorbente.

Sin embargo, también tenemos reflexiones que se reflejan en dos o más superficies, llamadas "segundas reflexiones" o reflexiones de enésimo orden (segundo orden, tercer orden, etc). También, por el efecto Hass, debido a que nos llegan mucho después del sonido directo, no afectan a la localización del sonido. De hecho, son beneficiosas si lo que queremos es conseguir más espacialidad y una escena sonora más amplia y profunda. En ese caso, es necesario tratarlas con difusores, que bien pueden ser elementos convencionales (una estantería), naturales (una pared de material rugoso, como ladrillo o piedra) o uno confeccionado (un difusor QRD, PRD u otro tipo de los mencionados). Las superficies que no han sido tratadas por el método del espejo de antes, deberían ser difusoras.

Los auditorios y salas más avanzadas, normalmente consiguen una correcta y uniforma difusión del sonido, enviando de manera uniforme por la sala las primeras y segundas reflexiones redirigiéndolas por medio de la inclinación o curvatura de las paredes. En este caso no basta con colocar paneles, es necesario meterse en una obra y hacer un estudio muy avanzado de a dónde dirigen esas paredes inclinadas las diferentes reflexiones. Por ejemplo, inclinando las paredes podemos evitar que una primera reflexión se dirija a nuestro punto de escucha. Si la reflejamos, por ejemplo, a otra pared, podremos retardarlo lo suficiente como para que se mezcle con las segundas reflexiones.

Una pared curva funciona de modo similar a una lente. Una forma convexa actúa de difusor policilíndrico, difundiendo la energía que incide sobre ella, y una forma cóncava concentra la energía en un mismo punto. En caso de las superficies cóncavas hay que tener en cuenta dónde está el centro de curvatura, puesto que podríamos concentrar energía en un punto no deseado de la sala, por ejemplo, donde está el oyente o una de las cajas acústicas.

También las paredes inclinadas y convexas ayudan a tener una distribución de modos propios de resonancia en la sala más uniforme, pero eso lo trataremos en el siguiente apartado.

Ecograma típico de una sala. El eje horizontal es tiempo (segundos) y el vertical es presión (pascales)

Vemos el sonido directo justo a la izquierda y cómo van llegando diversos rebotes antes de unos 30 ms, que conviene eliminar para mejorar la focalización y localización en el sonido.

A partir de ahí llega lo que se llama "cola de reverberación", que conviene no eliminar para mantener sensación de espacialidad y profundidad de la escena sonora.

Hay software de simulación o simples cálculos matemáticos que deberán ser fruto del ingenio de nosotros o de quien vaya a diseñar nuestra sala. Por supuesto, hay medidas objetivas:

  • El tiempo de reverberación (TR60) es lo que tarda en disminuir 60 dB de presión acústica un impulso de sonido.
    En caso que haya mucho ruido de fondo o que no sea posible elevar tanto el nivel de la fuente, tenemos el TR20 (tiempo que tarda en disminuir 20 dB) y el TR30 (tiempo en disminuir 30 dB). Respectivamente, se multiplican estos tiempos por 3 y por 2, aproximando así el TR60. Sólo se cumple si existen las condiciones de campo difuso (energía constante a todas las frecuencias en todos los puntos de la sala) puesto que en ese momento la cola de reverberación cae de forma lineal.
    En aquellas frecuencias donde el tiempo de reverberación sea alto, será necesario colocar absorción. Es decir, nos ayuda a elegir el espectro de absorción de los materiales. Lógicamente hace falta hardware de medición para obtener este tiempo. Es importante tener en cuenta que el tiempo de reverberación no es constante en todos los puntos de la sala, por lo que hay que medirlo en la posición de los oyentes y en ellas ajustar la sala para que el tiempo sea lo más lineal posible a todas las frecuencias.
    Hay otros parámetros relacionados como la claridad (C80), viveza o G, relación acústica o R, definición, tiempo de reverberación inicial... así como índices de inteligibilidad de la palabra (ALCONS o porcentaje de pérdida de consonantes y RASTI o transmisión rápida de la palabra), cuyas interpretaciones se escapan a la de un usuario normal y, por supuesto, se obtienen también con hardware de medición.
     
  • Ecogramas o curvas ETC (Energy Time Curve). Son gráficas de presión y tiempo. Vemos directamente cuándo llega el sonido directo y las sucesivas reflexiones, y si la presión de éstas cae de forma lineal respecto al tiempo o no. Si vemos que llegan reflexiones muy próximas al sonido directo, es necesario colocar absorbente en el punto de primera reflexión donde se produzca esa reflexión.
    Si integramos estas curvas se obtiene lo que se conoce como curva de decaimiento de Schröeder, que es la que se observa para comprobar visualmente el tiempo de reverberación explicado antes.
    Obviamente, también hace falta hardware de medición para poder tener estas curvas, por lo que hace falta ser un usuario muy avanzado o un profesional experimentado.

 

MODOS PROPIOS DE RESONANCIA

Una sala se comporta como la caja de resonancia de un instrumento musical. Cuando un altavoz produce las variaciones de presión acústica, es decir, el sonido, se origina  un proceso vibratorio acorde a las frecuencias propias de resonancia de la sala.

Existen tres tipos de modos propios:

  • Axiales: dos ondas moviéndose en direcciones opuestas y golpeando dos paredes paralelas. Son los que más energía tienen y alteran las características acústicas de una sala.
  • Tangenciales: cuatro ondas reflejándose en cuatro paredes paralelas dos a dos. Tienen la mitad de energía de los modos axiales.
  • Oblicuos: ocho ondas reflejadas en todas las paredes del recito. Sólo tienen la cuarta parte de energía de los modos axiales, y a veces no son tenidos en cuenta.
A la izquierda vemos un ejemplo de habitación con problemas de modos propios. Hay zonas con máximos o antinodos (el centro de las rodeadas con círculos) y zonas con mínimos o nodos de cancelación (las líneas gruesas verticales y horizontales). El sonido en bajas frecuencias variará mucho según coloquemos los altavoces y el oyente.

A la derecha vemos otra habitación con muchos menos problemas de estos modos propios, gracias simplemente a tener paredes no paralelas. Vemos que las zonas donde hay máximos y las que hay mínimos están muy deslocalizadas, de modo que el sonido en bajas frecuencias será más independiente de la colocación tanto de altavoces como de oyente.

Hay que recordar que estos diagramas son diferentes para cada frecuencia. A la izquierda sólo vemos cómo resuenan 81.1 Hz y, a la derecha, 85.5 Hz. A diferentes frecuencias, la distribución de nodos y anti-nodos cambia.

Los puntos donde se encuentra un mínimo de presión acústica a una determinada frecuencia se conocen como "nodos de presión" o "nodos de cancelación", y donde se encuentra un máximo tendremos un "anti-nodo de presión". Si colocamos un altavoz o un oyente en un anti-nodo de presión correspondiente a un modo propio axial, tendemos un realce de 6 dB. Si coinciden en dos modos propios axiales, serán 12 dB. Y si son tres, 18 dB de presión de realce. El mismo modo, si lo colocamos donde coinciden uno, dos, tres... modos tangenciales, obtendremos incrementos de 3, 6, 9 dB... (recordemos que tienen la mitad de energía de los axiales). Y con oblicuos, incrementos de 1.5, 3, 4.5 dB...

Es importante tener en cuenta que donde tenemos los anti-nodos de presión de unas frecuencias tendremos los nodos de cancelación de otras. El lugar adecuado será aquel en el que existan menos anti-nodos y nodos correspondientes a modos de resonancia en la sala.

Existe una frecuencia que marca las zonas de comportamiento característico de una sala, denominada frecuencia de Schroeder o de corte:

  • Por debajo de esa frecuencia, se dice que la sala tiene un comportamiento modal u ondulatorio y recordemos que se ha de tratar con resonadores, ya que en caso de absorbentes tendrían un grosor espectacular.
  • Por encima, la sala se dice que tendrá un comportamiento como rayos/partículas, por lo que hay que aplicar lo visto sobre primeras y segundas reflexiones, con tratamiento de difusores y absorbentes.

Esta frecuencia de Schroeder depende de parámetros como el tiempo de reverberación y del volumen de la sala. Es decir, cuando la sala es muy grande, la frecuencia de Schroeder será muy baja. Esto se traduce en que la sala tendrá poco comportamiento modal, es decir, no tendremos problemas con nodos y antinodos que coincidan con modos propios de resonancia. Exactamente, sí que seguirá habiendo problemas, solo que a frecuencias inferiores a 20-30 Hz, nuestro mínimo umbral de audición en frecuencia, por lo que no serán apreciables.

Con sala grande nos referimos a aquella cuyas dimensiones excedan de, aproximadamente, 8 metros. Es la razón por la que en grandes salas de cine y grandes auditorios no notamos que haya bajas frecuencias que "retumben" en puntos concretos tanto como ocurre en las salas pequeñas. Por esa misma razón, cuanto más grande sea la sala, más necesario se hace el uso de poderosos subwoofers para reforzar la baja frecuencia.

En la sección de colocación del subwoofer veremos algunos trucos sobre cómo efectuar la colocación de los altavoces (el subwoofer es el más sensible, pero también es aplicable al resto de 5/7 canales) para contrarrestar el efecto de los modos propios en salas pequeñas.

     
 

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