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Guía de Cine en Casa
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Publicado en Julio 2007
Actualizado en Mayo 2008
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7. 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.
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Tipos de soluciones
para las esquinas, zonas críticas donde tendremos problemas en
cajas frecuencias.
- Vemos la esquina
"matada", y el hueco aprovechado para poner un resonador
Helmholtz de lámina perforada.
- Un resonador
Helmholz de forma cilíndrica.
- Esquina "matada" y
el hueco aprovechado para realizar un difusor de geometría
policilíndrica
- Otra esquina
"matada", y hueco aprovechado para un difusor QRD de 1
dimensión para media y altas frecuencias.
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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
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| Difusor QRD de 1
dimensión, refleja el sonido en forma de semicilindros, cuyo eje
corresponde al de la dirección de las ranuras. |
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| Difusor QRD de 2
dimensiones, refleja el sonido en forma de semiesferas. |
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| Difusor PRD, alternativa
al QRD de dos dimensiones. |
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| 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.
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| 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.
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| 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. |
