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TEMA 1: Configuración y cálculo de instalaciones electroacústicas. Tipología y características. Fenómenos acústicos. Elementos que componen la instalación, tipología y características. Normativa y reglamentación. Esquema: 1. Introducción 3 I :¡ | | | ¡ | i < S | ^ J | t f |

2. Sonido. Fenómenos acústicos 2.1. Medida y características del sonido 2.2. Dinámica de los sonidos 2.3. Comportamiento del sonido 2.3.1. Propagación y Atenuación con la distancia 2.3.2. Influencia atmosférica en el sonido 2.3.3. Absorción y reflexión 2.3.4. Difracción 2.3.5. Eco y reverberación 2.3.6. Enmascaramiento 2.4. Señal de audio 2.4.1. Nivel de tensión. El decibelio voltio (dBV) 2.4.2. Nivel de potencia 2.4.3. Distorsión 2.4.4. Relación señal/ ruido 2.4.5.Gama dinámica 2.4.6. Respuesta en frecuencia 2.4.7. Impedancia

2

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3. Elementos que componen la instalación, tipología y características 3.1. El micrófono 3.1.1. Características de los micrófonos 3.1.2. Clasificación de los micrófonos según el transductor mecánico3.2. El amplificador 3.2.1. Características de los amplificadores 3.2.2. Las entradas 3.2.3. Las salidas 3.3. Transductores de la señal de audio. El altavoz 3.3.1. Características de un altavoz 3.3.2.Tipos de altavoz 3.4. Mezcladores - Ecualizador 3.5. Fuentes musicales

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4. Configuración y cálculo de instalaciones electroacústicas. 4.1. Tipos de instalaciones electroacústicas 4.2. Clasificación 4.3. Cálculos 4.3.1. Instalaciones en recintos cerrados 4.3.2. Instalaciones en espacios exteriores 5. Normativa y reglamentación 6. Referencias bibliográficas y documentales

1.

INTRODUCCIÓN

En este tema, y en su inicio, se estudiarán las características principales del sonido y de la señal de audio para así poder comprender mejor sus comportamientos desde el punto de vista electroacústico. La necesidad del refuerzo de palabra en salas con cierta multitud, en auditorios, etc. -querer sonorizar un recinto al aire libre o simplemente un pequeño local comercial, requiere unos conocimientos tanto específicos del local como de los distintos componentes con los que podemos configurar la instalación, así es el hecho de la colocación idónea de altavoces con respecto al oyente como al orador. Absorciones o reflexiones de obstáculos que nos podemos encontrar y un largo etcétera. Por todo ello, es necesario atender a conceptos y definiciones que en su conjunto nos ayudarán a componer, configurar y calcular correctamente las instalaciones electroacústicas, el alumno comprobará que la elaboración de este tema no se ha seguido el enunciado jerárquicamente, sino que según avancemos nos convenceremos de la eficacia en la estrategia seguida.

2.

SONIDO. FENÓMENOS ACÚSTICOS

El sonido, según la acústica física, es una vibración mecánica longitudinal capaz de producir una sensación auditiva. El sonido, según la acústica fisiológica, es la sensación auditiva producida por una vibración de carácter mecánico.

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Desde un punto de vista más global podemos decir que el sonido es una variación de presión en el aire que puede ser percibida por el oído humano. La acústica física: estudia las características y propiedades de la vibración sonora audible (20 a 20.000 Hz), sus tipos y los diferentes medios por los que se propaga. Si están por debajo de 20Hz se denominan infrasonidos y si son por encima de 20.000Hz ultrasonidos. En forma muy resumida diremos: Menos hercios = Sonido más grave. Más hercios = Sonido más agudo.

2.1. Medida y características del sonido Los sonidos los diferenciamos por su frecuencia, su amplitud o intensidad y su longitud de onda. Las variaciones de presión del aire se mide en pascales (Pa) y estas pueden ser tan pequeñas que no las podemos oír (umbral de audición, 20 uPa) o tan grandes que nos llegaría a doler el oído (umbral del dolor, 20 Pa). Cuando hablamos de presión sonora no decimos X pascales, se expresa en dBs (decibelios). Cuyo valor 0 dB corresponde al umbral de audición y cada 20 dB corresponde a multiplicar por 10 el nivel de presión acústica. Con la siguiente tabla se puede hacer una idea de lo que representa el dB:

50 dBs

Restaurante lujoso

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60 dBs

Oficina diáfana

70 dBs

Restaurante bullicioso

Difícil uso teléfono

80 dBs

Salón de recreativos

Molesto

90 dBs

Tren metropolitano a 7m

Muy molesto. Daño auditivo (8 Hrs)

20 Pa

100 dBs

Martillo neumático a 1m

Muy fuerte

110 dBs

Concierto de Rock Duro

Extremadamente fuerte

120 dBs

Umbral del dolor

130 dBs

Despegue de un reactor a 70m

Dolorosamente fuerte

Esta tabla se refiere a la sensación subjetiva y el cambio físico, y está basada en la expresión matemática: La velocidad de propagación del sonido en el aire es de 340 m/sg (1.224 Km/h), aunque varía ligeramente con las condiciones atmosféricas. La longitud de onda (A) es la distancia entre zonas consecutivas en idéntico estado de presión. Conocida la frecuencia (f) y la velocidad del sonido (v), podemos calcular la longitud de onda de un sonido a través de la expresión: Á = v/f A través de la amplitud o intensidad el oído humano puede percibir sonidos fuertes o débiles. 2.2. Dinámica de los sonidos Voz, música y ruido. La variación de intensidad permitida por una fuente sonora se denomina dinámica de sonido. Así, la voz puede tener variaciones de amplitud tremendas, desde el susurro (30 dB) hasta el grito (85 dB), sin embargo, la música posee una gran variedad de intensidad desde un piano (64 dB) hasta una orquesta en un pasaje fortísimo (100dB). Con respecto a las frecuencias, la voz de un hombre oscila entre los 80 a 100 Hz y, más aguda en la mujer, desde los 130 Hz hasta los 8 KHz. En este momento entenderemos que, la gama de frecuencias que llega a abarcar la música es tan amplia como es capaz de escuchar el oído humano. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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Del ruido diremos que es todo aquel sonido molesto a nuestro oído. La quinta sinfonía de Beethoven que escucha mi vecino del 3o, es para cualquiera un ruido ensordecedor a la hora de la siesta. 2.3. Comportamiento del sonido 2.3.1.Propagación y Atenuación con la distancia El sonido emitido por una fuente se aleja del mismo en forma de ondas esféricas y a una velocidad de 324 m/sg. De esta afirmación diremos que se propaga de manera puntual, es decir emite las frecuencias sonoras en todas direcciones por igual. Pero en la realidad no todas las fuentes sonoras son puntuales, por ejemplo, en una autopista, el ruido del tráfico, es una fuente lineal, ya que el sonido no puede propagarse en todas las direcciones. Este tipo de fuentes son emisiones lineales y se propagan en forma cilindrica. Pondremos como ejemplos de propagación y atenuación: - De forma puntual sería como los típicos altavoces de ordenador, minicadenas, radios pequeñas, etc. Este tipo de altavoz pierde 6 dBs cada vez que se dobla su distancia. Si, por ejemplo, un altavoz produce 70 dBs a 1 metro, a 2 metros de distancia producirá 64 dBs. - De forma lineal sería una torreta con 4 altavoces dentro, éste pierde 3 dBs al doblar su distancia. Si, por ejemplo, un altavoz produce 70 dBs a 1 metro, a 2 metros de distancia producirá 67 dBs. La expresión matemática de estos ejemplos es: Fuente puntual At = 20log x d a 2 metros atenuaría 6,0205 dB Fuente lineal At = lOlog x d a 2 metros atenuaría 3,0102 dB 2.3.2.Influencia atmosférica en el sonido Cuando hablamos de la velocidad del sonido, se hizo referencia a que podría ligeramente variar por las condiciones atmosféricas, pues bien, aparte de la velocidad de propagación, estas condiciones afectan también al comportamiento del sonido. Esta conducta afecta, en gran medida, a instalaciones de sonorización en el exterior y, siempre dependiendo de la frecuencia de la fuente sonora. 1. Diremos que el aire provoca mayor absorción en: a) frecuencias altas y b) cuanto menor sea su humedad. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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2. Que según el sentido del viento se producirá concentración (viento a favor) o disminución (viento en contra) del nivel de ondas sonoras. 3. Y que en cuanto a la temperatura, según sea de día o de noche, nos encontraremos, en el primer caso, que el aire caliente se encuentra a nivel de suelo mientras que el frío por encima, -en estas condiciones el sonido se propagará hacia arriba. Y que por la noche ocurre al contrario, el aire caliente se encuentra por encima del frío y tiende a propagar el sonido hacia abajo. 2.3.3.Absorción y reflexión Ambos son fenómenos que se producirán siempre que el sonido golpee o incida sobre una superficie. Partiremos de la base de que todos los cuerpos están constituidos por sustancias que absorben y reflejan las ondas electromagnéticas, es decir, absorben y reflejan ondas sonoras. Cuanto absorbe o refleja un objeto; todo dependerá de su naturaleza y de su forma o estructura superficial. De manera general, los cuerpos lisos, pesados y rígidos son buenos reflectantes, mientras que los cuerpos con formas rugosas, ligeros y que pueden vibrar fácilmente son absorbentes. En electroacústica se han tener en cuenta estas cualidades, en una sala debemos crear un ambiente con la justa absorción y reflexión como para que suene natural. Para este acondicionamiento acústico nos ayudaremos de una propiedad de los materiales "e/ coeficiente de absorción", éste no es otro que la relación entre el sonido que llega y el absorbido, y se representa como "a" a = sonido absorbido / sonido incidente Dicho coeficiente se situará entre dos valores extremos: a = 0 significará que es reflectante puro y, a = 1 para un excelente absorbente. Decir que cada material tiene un coeficiente de absorción distinto para cada gama de frecuencias, así por ejemplo una alfombra gruesa, tiene un a = 0,08 a 200 Hz, a = 0,40 a 1 KHz y a = 0,65 a 5 KHz. Un caso común al acondicionamiento acústico de un local (recomendable en cualquier caso), y que ayuda a evitar reflexiones indeseadas en cristales y suelos, es la utilización de cortinas y alfombras o moquetas.

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2.3.4. Difracción En general, un obstáculo no impide el avance de una onda sonora. La onda rodea los obstáculos, pues cada molécula del aire se comporta como una nueva fuente de sonido. Esto permite oír aunque no veamos la fuente sonora original. A esta propiedad de las ondas se le llama difracción. Expresado de otra manera, la difracción consiste en que las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos interpuestos en su camino. Además, las ondas de distinta frecuencia tienden a separarse pues llevan distintas velocidades (recuerda que la velocidad depende de la frecuencia). Esto se conoce como dispersión.

Difracción del sonido

2.3.5.Eco y reverberación Ambos fenómenos son consecuencias, básicamente, de la reflexión del sonido en diversos objetos lo mismo a diferencia El eco se produce cuando una onda sonora incide sobre un obstáculo y es reflejada por éste. Se origina así una nueva onda que parece provenir de detrás del obstáculo. Cuando emitimos un sonido frente a una superficie reflectante próxima a nosotros, percibimos la onda emitida y la reflejada, pero no las podemos distinguir. Percibiremos un eco si la reflexión se produce a más de 17 m de nosotros, ya que entonces el recorrido total de la onda será de al menos 34 m. Debido a la velocidad de propagación del sonido, la diferencia de tiempo para las ondas emitida y reflejada será al menos de 0,1 segundo. La reverberación es como una prolongación de la audición de un sonido debida a la reflexión. Estas reflexiones llegan a nosotros antes de 0,1s. después de haberse producido el sonido original. Así la reverberación la encontramos en recintos cerrados y por su parte el eco es más usual al aire libre y con formas de valles o cerramientos geográficos. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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2.3.6. Enmascaramiento Cuando se oyen simultáneamente dos tonos puros, el menos puede resultar inaudible aunque su nivel de intensidad esté por del umbral de audición. Se dice que queda enmascarado por sonido. El efecto se nota más para frecuencias cercanas al enmascarado.

intenso encima el otro sonido

2.4. Señal de audio La señal de audio es simplemente el sonido convertido en señales eléctricas de forma que sea posible su tratamiento mediante procedimientos electrónicos. Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas). La conversión contraria se TRATAMIENTO DE UNA SEÑAL DE AUDIO

realiza mediante un altavoz que

convierte las señales eléctricas en ondas de presión de aire. Una señal de audio se puede caracterizar, someramente, por su dinámica (valor de pico, rango dinámico, potencia, relación señal-ruido) o por su espectro de potencia (ancho de banda, frecuencia fundamental, armónicos, distorsión armónica, etc.). En este apartado analizaremos las más importantes. 2.4.1.Nivel de tensión. El decibelio voltio (dBV La forma básica de una señal de audio posee representación senoidal. En la siguiente figura se muestran los distintos valores que puede tomar la señal de audio.

FactordeCresta RMS

Las unidades logarítmicas son las más utilizadas para expresar relaciones de potencias y tensiones en aplicaciones cíe audio. Hay dos razones principales: los cálculos con este tipo de unidades resultan sencillos e intuitivos debido a que las ganancias y atenuaciones de un sistema se suman en vez de PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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multiplicarse; la segunda razón es que el oído presenta una respuesta logarítmica a las variaciones de nivel sonoro: un aumento del 50% de presión sonora no se percibe como un aumento del 50% del volumen. Sin embargo si variamos la presión sonora de forma logarítmica la sensación será un aumento lineal del volumen sonoro. Existen gran cantidad de unidades logarítmicas, pero las más utilizadas en el campo del audio son los dB, dBW (decibelios wátios), dBm (dB milivátios), dBV (dB voltios) y dBu (dB microvoltios). La unidad dBV consiste en utilizar "1 VRMS" como referencia de 0 dB y luego aplicar una escala relativa en dB por encima y por debajo de esta referencia.

2.4.2. Nivel de potencia El nivel de potencia Acústica es la cantidad de energía total radiada en un segundo y se mide en w. Es un valor intrínseco de la fuente y no depende del local donde se halle. Es como una bombilla, puede tener 100 w y siempre tendrá 100 w la pongamos en nuestra habitación o la pongamos dentro de una nave enorme su potencia siempre será la misma. Al contrario que la Presión Acústica que sí varia según varié las características del local donde se halle la fuente, la distancia etc. Es en esta medida donde más confusiones hay por culpa de los comerciantes que anuncian equipos de gama baja con 500W; sin especificar la variedad de potencia a la que se refiere. Veamos que medidas son las reales y cuales las comerciales: Potencia eficaz Wrms: Es la potencia que un amplificador puede proporcionar continuamente sin sobrepasar el nivel de distorsión especificado (1,3 6 10% como máximo). Potencia musical Wmus: Es la potencia que un amplificador puede proporcionar durante un corto periodo de tiempo (0,2 seg.). Da la idea de la reserva de energía del amplificador. Esta es una medida "comercial", hay mucha diferencia entre los Wrms y los Wmus (Vp). Potencia de pico a pico, PMPO, etc: Son indicaciones dirigidas a aumentar la cifra real de Vatios con efectos publicitarios. Se consiguen utilizando el valor de pico de la tensión de salida en lugar del valor eficaz en la fórmula de potencia, y si el equipo es estéreo, a menudo se suma la potencia de ambos canales. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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2.4.3. Distorsión Permite evaluar la capacidad de procesar la señal de audio del equipo sin alterar su timbre o contenido de armónicos. La distorsión más conocida es la armónica, que se mide en X % Thd. Normalmente se suelen dar las cifras de distorsión de los amplificadores, ya que están por debajo de 0,5%. En cambio, no se dan las de los altavoces porque son mucho más altas, sobre el 2 o el 10%. El oído humano, según lo educado que esté, comienza a apreciar distorsiones a partir de 0,5 y 5%. 2.4.4. Relación señal/ ruido Nos indica la cantidad de ruido que tenemos en el medio a reproducir o el que se añade al amplificar una señal. Esta relación se mide en dBs; y cuanta más alta sea, menos ruido tendremos. 2.4.5.Gama dinámica Viene referida a la diferencia entre los niveles de picos máximos y los de picos mínimos expresados en dB. Cuanto mayor sea la diferencia mejor será la calidad de reproducción. Existe una relación entre el rango dinámico y la relación señal/ ruido, ya que si el ruido es alto, los pasajes débiles quedarán enmascarados por él. 2.4.6. Respuesta en frecuencia Esta característica define el comportamiento de un elemento electroacústico en relación a las diferentes frecuencias que componen la señal de audio. Entendiéndose como elemento ideal, aquel que es capaz de "tratar todas las frecuencias por igual", esto es, sin atenuar ni realzar ninguna de ellas, salvo que esté diseñado para ese fin.

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2.4.7. Impedancia Oposición total (con resistencias y reactancias -de altavoces, amplificador, etc.-), de un elemento o circuito al paso de la corriente eléctrica. Su valor dependerá de los elementos que intervienen en la instalación de audio, así como, de la frecuencia. Podemos decir que es una de las características más importantes y que más atención se debe prestar a la hora de realizar el cálculo y configuración de una instalación, ya que de ella depende el acople de los distintos aparatos electroacústicos (micrófono, amplificador, etc.) y por tanto el óptimo rendimiento de la misma.

2.4.7.1. Tipos Impedancia de entrada (ZIN), impedancia de salida (Z O U T ) e impedancia de carga (ZL). Existen dos formas básicas de realizar una conexión de impedancias en un equipo de audio: a) salida pensada para ser conectada a una entrada con una impedancia más o menos del mismo valor, conexión denominada "adaptación de impedancias" (matched); b) el dispositivo dispone de una impedancia de salida baja pensada para su conexión a una entrada con impedancia muy alta, permitiendo así que la mayor potencia posible se libere en la carga, a esta conexión se le denomina en puente bridged. Como norma general resumiremos diciendo que las impedancias de entrada a un amplificador (ZIN) tienen valores medios o altos y las de salida ( Z O U T ) valores bajos (entre 0 y 600 Omh.), así mismo tener en cuenta la siguiente regla: el cálculo de la impedancia de entrada equivalente total (ZEq) de los distintos elementos a conectar, ha de ser igual o mayor a la impedancia de carga del amplificador o del equipo de audio (ZEq >= ZL del amplificador).

3. ELEMENTOS QUE COMPONEN LA INSTALACIÓN, TIPOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS 3.1. El micrófono Éste, es un transductor de entrada que convierte el sonido en una corriente eléctrica fluctuante; representación precisa del sonido. A esta corriente fluctuante se le llama señal de audio. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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Podemos clasificar los micrófonos de acuerdo con el tipo de circuito y con el tipo de tecnología de transducción que utilizan. El circuito puede ser balanceado o no balanceado. Los balanceados son preferibles a los no balanceados, sobre todo cuando se utilizan cables muy largos. 3.1.1.Características de los micrófonos Las características que debemos conocer de un micrófono para saber la conveniencia o no de su uso son: a) Sensibilidad: Relación entre las señales acústicas que recibe y las señales eléctricas que proporciona a su salida. Se mide en mV/ Pa (milivoltios/ Pascal), siendo sus valores más corrientes de 1 a 5 mV/ Pa. b) Fidelidad. Respuesta en frecuencia: Si nos referimos a la fidelidad como la capacidad del micrófono en responder con la misma sensibilidad, sin perturbación ni distorsión a todas las frecuencias, diremos que su respuesta en frecuencia es el comportamiento que presenta ante las distintas frecuencias de la señal. c) Directividad: Existen tres tipos básicos de patrones: unidireccional, bidireccional y omnidireccional, aunque se pueden conseguir otros patrones combinando los tipos básicos. El micrófono unidireccional se puede clasificar como aquel que tiene una mayor sensibilidad a los sonido que el vienen de frente a la cápsula con un ángulo relativamente amplio. Este tipo, se puede subdividir en tres que son, el cardioide, supercadioide e hipercardioide. Cada uno de ellos va presentando un diagrama polar cada vez mas estrecho y por tanto se van haciendo más insensibles a los sonidos que les llegan desde la parte posterior así como del lateral. Los omnidireccional, reciben prácticamente con la misma sensibilidad cualquier sonido independientemente del punto donde proceda el mismo. El bidireccional presenta una gran sensibilidad en el frente, con un ángulo amplio, y una imagen simétrica en la parte posterior, o sea que es menos sensible a los sonido que le llegan desde los laterales y más sensible a los que le llegan desde el frente y la parte posterior. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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d) Impedancia interna: Resistencia que opone el micrófono al paso de la tensión. Se caracteriza por baja, alta y muy alta impedancia. Baja impedancia (alrededor de 200 Oh.). Alta impedancia (1 K o 3 K e incluso 600 Omh.). Muy alta impedancia (más de 3 K). Los micrófonos de alta impedancia proporcionan una gran tensión de salida (10 a 30 mV) pero poca corriente. Si tenemos una impedancia baja se pueden utilizar cables más largos sin peligro de pérdida de señal, ya que proporcionan poca tensión (0,5 a 2 mV) pero mayor corriente de salida. Las impedancias más habituales son de 200 y 600 Omh. e) Gama dinámica: Es el margen desde el sonido más bajo hasta el más alto que es capaz de captar un micrófono. Para que un micrófono sea idóneo el ruido magnético debe ser menor de 15 dB y el campo magnético debe ser menor de 10 dB. 3.1.2. Clasificación de los micrófonos según el transductor mecánicoeléctrico a) Dinámicos o Electro-dinámicos - De Bobina móvil: Son los llamados normalmente como "dinámicos". Estos micrófonos consisten en un diafragma de plástico "mylar", unido a una bobina que se desplaza dentro de un campo magnético creado por un imán polarizado. Cuando la membrana se mueve como consecuencia de la presión del aire sobre ella, la bobina que es solidaria se mueve también dentro del campo magnético y produce una corriente que es proporcional al desplazamiento de la membrana. Son micrófonos muy utilizados por su precio, resistencia, fiabilidad y buena respuesta en frecuencia. Se fabrican en impedancias de 200 a 600 h, y con salidas de señales balanceadas (longitudes de cable de 10 a 100 m) y no balanceadas (longitudes de cable de 10 a 15 m). - De Cinta (o de velocidad): Consiste en una cinta metálica en zig-zag entre imanes que a medida que la presión sonora la mueva produce una tensión. La membrana es la cinta. Estos* micrófonos también se les conocen como micrófonos de velocidad. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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Su respuesta en frecuencia es muy buena. Únicamente señalar que son muy caros y sensibles a los golpes por lo que se utilizan en estudio y laboratorios. b) Electroestático - De Condensador (de capacidad): En un micrófono de condensador, la placa posterior está fija y alimentada con una tensión (por medio de una pila), mientras que la placa anterior, el diafragma, se desplaza al recibir variaciones de presión. La variación de la capacitancia, al cambiar la distancia entre las placas, producirá una variación de voltaje. Son de excelente calidad y únicamente hay que tener en cuenca que la humedad puede dejar gotas de rocío sobre la membrana y generar un ruido tipo a fritura que se ira cuando desaparezca toda la humedad. Este tipo de micrófono produce la mejor respuesta de frecuencia por lo cual son los más utilizados en grabaciones profesionales. Son muy sensibles y de alta impedancia - Electret (de condensador): Existe un material móvil llamado electret o electreto (que es policarbonato fluorado o fluorocarbono) polarizado. Este material separa un material fijo de una fina lámina metálica y a causa de la vibración sonora varía el campo eléctrico creado y se produce una tensión o corriente eléctrica. Es un micrófono en el que no hace falta tensión de polarización porque las placas del condensador llevan implantada una carga permanente. Son muy sensibles y caros, con respuesta en frecuencia de 50Hz a 15 KHz. Su principal utilización son: para locuciones, entrevistas y captación de música. c) De carbón: Utilizados durante mucho tiempo en los teléfonos. Su principio de funcionamiento se basa en el cambio de resistencia en los granos de carbón al ser comprimidos por el diafragma, al recibir éste las variaciones de presión sonora. Son económicos, robustos e ideales para la voz humana (respuesta en frecuencia de 200 a 3000 Hz). PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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d) Piezoeléctricos: - Cristal: Estos micrófonos se basan en la capacidad que tienen los cristales piezoeléctricos de generar cargas eléctricas al ser sometidos a presión (En griego piezein = presión ). Son de elevada impedancia, omnidireccionales, sensibles a la humedad y con respuesta en frecuencia de 600 Hz a 5 KHz. - Cerámico: Similares en funcionamiento a los de cristal, pero, en este caso, se utilizan piezas cerámicas. e) Otros micrófonos - Inalámbricos: Se componen básicamente de una capsula de micrófono dinámico o electret, unido a una emisora FM en la banda de 40 y 200 MHz. - MIDI: Son micrófonos digitales. 3.2. El amplificador Tiene la misión de llevar la débil señal de entrada al nivel necesario para el altavoz. 3.2.1.Características de los amplificadores a) Potencia cedida: si esta es de forma continua se le denomina potencia nominal. b) Distorsión - Lineal o de frecuencia: relación de amplitud entre la señal de entrada y la de salida para las diversas frecuencias - No lineal o de armónicos: variación de armónicos entre la señal de entrada y la de salida. c) Nivel de ruido: Ruido producido por el amplificador a la salida por el efecto de la agitación térmica de los electrones. d) Diafonía entre canales: Tiene lugar cuando hay varias fuentes musicales de entrada de señales y se influyen recíprocamente. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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e) Respuesta en frecuencia. Indica el rango de frecuencias para el cual el amplificador mantiene inalterada la señal de entrada, es decir presenta una respuesta plana. 3.2.2.Las entradas Por lo general hay dos grupos: a) Para señales de intensidad entre 0,1 y 5 mV (micrófono, grabadores; por ejemplo, micrófono dinámico 0,25 mV). b) Para señales de intensidades entre 100 y 800 mV (sintonizador de radio, hilo musical; ejemplo, sintonizador de radio 250 mV). Según las características eléctricas de las diversas fuentes musicales, el amplificador tiene entradas adecuadas a cada tipo especial de fúnete. Normalmente se distinguen: "mic" para micrófono, "fono" para sintonizadores, magnetófonos, etc., "aux" para entradas auxiliares como reproductores de CD, de DVD, etc. 3.2.3.Las salidas El amplificador proporciona a la salida una potencia "P" a una tensión prefijada "V", por lo que la carga aplicada (altavoces) debe tener una impedancia "Z = V2/ P" para obtener la máxima potencia en la salida. Estos pueden tener dos tipos de salida para la conexión de los altavoces: - Salida a impedancia constante: las más usuales de 2, 4, 6, 8 y 16 Ü. - Salidas a tensión constante: las más utilizadas son 70,7 V en USA y 100 V e n Europa. 3.2.3.1. Dispositivos de control Aquí se enuncian los más habituales, ya que, debido a la gran variedad de amplificadores que nos podemos encontrar en el mercado, hace casi imposible clasificar todos sus elementos de control: Control de volumen. Control de tono. Control de nivel de entradas. Control de niveles individuales de salida.

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3.3. Transductores de la señal de audio. El altavoz Un altavoz es un transductor o conversor de energía eléctrica en energía acústica. A este dispositivo se le llama transductor electroacústico. La transducción o transformación de energía, se hace en dos fases. El modelo teórico de un transductor electroacústico, se basa en un transductor electromecánico y un transductor mecánicoacústico. Esto significa, que se estudia por un lado la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya que se genera un movimiento, por otro lado se estudia la transformación de la energía mecánica en acústica, ya que el movimiento genera energía acústica. El transductor electromecánico se llama "motor", por el movimiento que genera. Este movimiento se traspasa al segundo transductor, el mecánico-acústico, que se llama "diafragma", aunque también puede ser una bocina. La energía acústica, se radia al aire, se transmite a través de este y la percibimos como sonido. 3.3.1.Características de un altavoz a) Impedancia: La impedancia de un altavoz no es solamente la resistencia, sino que incorpora también componentes reactivas como es la inductancia de la bobina o incluso la influencia de la caja o alojamiento donde esté instalado. Importante saber que si, con un polímetro nos ponemos a medir entre los extremos del altavoz su resistencia, los valores que nos dará y los que corresponde son los de la siguiente tabla:

. v.-:<

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b) Respuesta en frecuencia (eficacia - calidad): La curva de respuesta en frecuencia de un altavoz nos permite conocer la intensidad sonora proporcionada por el dispositivo para las frecuencias que debe reproducir. PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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En el inicio de la curva, en las frecuencias bajas se encuentra un máximo. Este es el máximo de la frecuencia de resonancia del diafragma. Luego la curva oscila en grados mayores y/o menores hasta llegar a la frecuencia de corte. Estas oscilaciones carecen de importancia siempre que entre un pico y un descenso no haya una diferencia mayor de 10 dB. En los altavoces de alta fidelidad se puede exigir que no sea mayor de 5 dB. c) Rendimiento y sensibilidad: El termino rendimiento o eficacia muestra la relación entre la potencia acústica y la potencia eléctrica. Ésta varía de 1 al 5% en altavoces de cono y de 10 a 30 % en altavoces de bocina. Como sensibilidad se define a la presión sonora que ofrece un altavoz a 1 m de distancia en su eje, cuando lo recibe 1 W d) índice de directividad (Q): Es la relación de entre el nivel de presión sonora que el altavoz produce en una determinada dirección (normalmente su eje) comparado con la media de los niveles de presión que produce en todas direcciones (360°). e) Potencia eléctrica: Máxima potencia aplicable sin daño al altavoz; en los catálogos se indica, generalmente, como potencia nominal, siendo ésta la que se debe adoptar en los cálculos de las instalaciones. 3.3.2.Tipos de altavoz 3.3.2.1. Clasificación en función del transductor electromecánico: a) Electrostático: Se basan en una placa cargada eléctricamente que ejerce de diafragma y se mueve por la fuerza electrostática que se produce al variar la carga de las dos placas entre las que se encuentra. Se trata de un doble condensador, donde la placa central es el diafragma. Destacan por ofrecer una respuesta en frecuencia amplia y plana; por otro lado son extremadamente voluminosos, necesitan de alimentación de la red y. electrónica adicional, además son muy delicados, por todo su precio es muy elevado. Los altavoces electrostáticos son de radiación directa. Sólo se usan en altavoces de agudos (tweeter). PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

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b) Piezoeléctricos: Se basan en la propiedad de los materiales piezoeléctricos de contraerse ante impulsos eléctricos. Tienen un gran rendimiento, sin embargo la superficie de radiación es muy pequeña por lo que son usados en dispositivos de alta frecuencia de audio. También se usan en muchas aplicaciones que requieren frecuencias superiores a las de audio, como dispositivos de sonar o de ecografía. c) Electrodinámicos o de bobina móvil: Una bobina móvil inserta en un campo magnético creada por un imán permanente, se desplaza empujada por la fuerza electromotriz debida a los cambios de corriente en su interior. Esta corriente procede del amplificador o etapa de potencia. La bobina está pegada a la cúpula, que puede ser todo el diafragma o sólo la parte central. Son los más comunes en audio profesional y prácticamente los únicos en audio doméstico. 3.3.2.2.

Clasificación en función del transductor mecánico-acústico:

a) De radiación directa: el diafragma es el elemento que radia directamente al aire. Son los más comunes al ser más sencillos que los de radiación indirecta. b) De radiación indirecta (bocinas): una bocina adapta la alta impedancia del diafragma a la baja impedancia del aire. De este modo se mejora el rendimiento del altavoz. Es decir, se transforma más energía eléctrica en acústica, si no se usase la bocina, se emplearía la misma energía eléctrica obteniendo menos energía acústica. Son más aparatosos y se usan en ámbitos profesionales de sonorización de grandes recintos o montadas en grandes cajas acústicas. Los altavoces de radiación indirecta están compuestos de dos partes, la bocina y el motor de compresión. El motor de compresión es en realidad un altavoz electrodinámico de bobina móvil, aunque tiene algunas peculiaridades, como una cámara de compresión, un diafragma pequeño y ligero y la estructura para ser anclado a la bocina. 3.3.2.3. Clasificación en función del margen de frecuencia al que se dedican: a) Banda ancha: son altavoces que cubre la banda extensa del espectro de audio. Distribución aproximada de las bandas de frecuencia habituales

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b) Bajas frecuencias: woofers y sub-woofers. Son altavoces que cubren el margen de frecuencia por debajo de los 400-700 Hz. para woofers y por debajo de los 80 Hz. para los sub-woofers. También se habla de graves y sub-graves. Los woofers no llegan a cubrir con buena respuesta la zona de baja frecuencia próxima a los 20 Hz. por eso se desarrollan los sub-woofers que trabajan exclusivamente esa zona reforzando la respuesta en baja frecuencia. c) Frecuencias medias: mid-range. Cubren el margen de frecuencia que va desde los 400-700 Hz. hasta los 3-8 KHz. Ésta es la que se suele llamar banda de medios. d) Altas frecuencias: tweeters y ultra-high-tweeters. Cubren las frecuencias por encima de los 3-8 KHz. para los tweeters y por encima de los 12-14 KHz. para los ultra-high-tweeters. Ambos no llegan mucho más allá de los 20 KHz. Esta zona de frecuencias es llamada también banda de agudos. Los tweeters tienen dificultad en llegar a cubrir con buena respuesta la zona de frecuencia próxima a los 20 KHz. por eso se desarrollan los ultra-high-tweeters que trabajan exclusivamente esa zona reforzando la respuesta en altas frecuencias. 3.3.2.4. Clasificación por su forma constructiva. Cajas acústicas Caja acústica. Bafle: dado que el cono de un altavoz tiene dos caras, al vibrar producen variaciones de presión opuestas en el aire, las ondas sonoras procedentes de ambas caras tienden a anularse recíprocamente. Este efecto, muy frecuente a bajas frecuencias se denomina cortocircuito acústico. Cuando un altavoz se instala de tal forma que su radiación posterior se emite en un recinto de gran volumen totalmenrte independiente de la estancia donde se utiliza su emisión frontal, decimos que está colocado en un bafle infinito.

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Tipos de bafles: a) Caja abierta: hechas en madera disponen de aberturas o rendijas en su parte posterior. b) Caja hermética o de compresión: se construyen en cajas herméticas, el aire interno actúa como elemento de compresión ayudando a la suspensión del altavoz. c) Caja Bass-reflex: tiene una o varias aberturas en la caja para aprovechar también la energía que radia el altavoz hacia dentro de la caja y sumarla a la presión sonora frontal. 3.4. Mezcladores - Ecualizador Un mezclador de audio es un equipo que proporciona la suma de la señal eléctrica de audio que proviene de diferentes fuentes de sonido, controlando los niveles relativos de cada señal de entrada y también la suma de todas ellas. 3.5. Fuentes musicales

Son reproductores de discos ópticos digitales que ofrecen muy buena calidad, con amplia respuesta en frecuencia y gama dinámica muy alta (>90 dB)

Fuentes musicales ampliamente conocidas y usadas, hoy en día la mayoría de equipos musicales adaptan e incluyen sintonizadores.

Editores de audio digitales

Mini-Disc

Un ordenador con una buena tarjeta de sonido se puede convertir en una potente herramienta de edición de audio.

Los minidisc's (md) son un medio digital para grabar y reproducir música en un disco de pequeñas dimensiones. Permiten hacer grabaciones de alta fidelidad, proporcionando opciones avanzadas de edición.

Son reproductores de archivos informáticos con formato de codificación que permite comprimir las señales de audio hasta una décima parte de su tamaño original. Es utilizado comúnmente para almacenar música en el ordenador, grabar CDs, etc.

- Reproductores SACD (Super Audio CD). Audio digital de alta resolución. - Equipos HI-FI (Alta Fidelidad) - Hilo musical - Equipos compactos. - Etc.

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4. CONFIGURACIÓN Y ELECTROACÚSTICAS.

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CALCULO

DE

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4.1. Tipos de instalaciones electroacústicas Las instalaciones más complejas pueden estar constituidas por iguales dispositivos de entrada con varias líneas de distribución del sonido y órganos de conmutación que permiten diversas combinaciones entre los distintos elementos. La red puede comprender también dispositivos de manipulación de las señales, ya sea para regular el nivel, ya sea para modificar el timbre de acuerdo con las exigencias del auditorio, etc.; a esta red se le denomina red electroacústica. Estudiado los principales elementos que intervienen en la técnica de transformación de la energía sonora (palabra y música) en señales eléctricas, la configuración de instalaciones es basan en la conjunción de estos dispositivos ya mencionados. Atendiendo a que una instalación de difusión sonora tiene por objeto la realización de distribución y reforzamiento acústico en determinados lugares, ésta puede llegar a ser tan amplia y compleja como uno imagine (ya sea por las características del recinto, ya sea por las exigencias del usuario, o incluso, por la posibilidad de implementarlo en sistemas domóticos), bajo esta consideración lo más racional es tomar las configuraciones propuestas y normalizadas según NTE-IAM (Normas Técnicas de Edificación Instalaciones de Audio y Megafonía). Las diferenciación entre cinco tipos basados en el número de circuitos y programas. Denominando programa a las señales de audio que hay que distribuir y circuitos al número de unidades de amplificación. Estos tipos de instalaciones son: a) un programa un circuito, b) un programa y varios

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NTE,

establecen

una

8 0hm

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circuitos, c) varios programas independientes y varios circuitos, d) varios programas simultáneos y varios circuitos, e) instalaciones mixtas. 4.2. Clasificación: Para dividir las instalaciones de sonorización en relación con la distribución de equipos, encontramos tres fundamentales grupos: 1) amplificación y control centralizado, 2) amplificación centralizada y control distribuido, 3) amplificación y control distribuido. 1) Las de amplificación y control centralizado son instalaciones sencillas pero limitadas en cuanto a zonas Tanto control amplificación, y fuente musical están ubicados en un mismo punto. 2) Este tipo de instalaciones permiten control independiente de los altavoces. Tanto la amplificación como la fuente musical se encuentran en un solo punto.

3) Con el fin de evitar pérdidas de potencia en instalaciones de largo cableado se recurrió a este tipo de 3. INSTALACIÓN MODULAR. AMPLIFICACIÓN Y CONTROL DISTRIBUIDO PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA cy Genova, 7 - 2° . 28004 Madrid

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configuraciones. La amplificación localizada permite ajustes modulares en puntos concretos sin necesidad de aumento o disminución de toda la instalación. Además, nos permite una perfecta adaptación amplificadoraltavoz y, el posible fallo en un elemento no influye en el resto. 4.3. Cálculos 4.3.1. Instalaciones en recintos cerrados Para sonorizar una estancia existen multitud de factores a tener en cuenta, como son el nivel de ruido, tiempo de reverberación de la estancia, etc. Lo normal es superar en 10 dB el nivel de ruido existente en la sala. Antes de proceder a la instalación por tanto, habrá que considerar: 1. Distancia entre amplificador y altavoces para realizar la instalación en Baja Z o en Alta Z. 2. Volumen del recinto y calidad deseada para seleccionar altavoz de techo, esfera colgante, columna sonora, proyector, caja acústica, ... 3. Resonancia del local para instalar más o menos altavoces y situación de los mismos. 4. Necesidades en cuanto a palabra, música, micros, etc., para seleccionar los modelos más adecuados. 4.3.1.1. Tiempo de reverberación (tr 60). Se denomina al intervalo que transcurre entre el instante en que se deja de emitir un sonido y aquel en que su sonoridad ha disminuido en 60 dB, esto es, la intensidad se ha hecho 106 veces menor. El tiempo de reverberación será directamente proporcional al volumen de la sala V e inversamente proporcional a la absorción total de la sala A según la ecuación empírica, denominada ecuación de Sabine: segundos. La absorción total de la sala A se hallará como el sumatorio de las superficies reflectantes presentes en la sala S¡ en m2, multiplicada cada una por el coeficiente de absorción acústica a¡, definido éste como el cociente entre la energía absorbida y la energía El tiempo óptimo de reverberación varía de objetivo al que esté determinado la sala, e subjetiva de cada individuo. Así un tiempo de de 2 s, da lugar a una sala resonante, PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA

acuerdo con el volumen y incluso con la apreciación reverberación largo, mayor óptima por ejemplo para

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conciertos de órgano. En cambio, un tiempo de reverberación corto, menor de 1 s, da lugar a una sala sorda, adecuada para conferencias e impartición de clases. 4.3.1.2. Cálculo del número de altavoces: Mediante dos sistemas: 1) el indicado según NTE y, 2) el utilizado por los fabricantes y comerciales de equipos de sonido. 1) La NTE marca tres tipos de locales que son: / Silencioso: ruido entre 40 y 50 dB (viviendas con poco tráfico). // Normal: niveles de ruido entre 50 y 65 dB. /// Ruidoso: comprenden niveles entre 65 y 80 dB. Con estos datos, la norma contiene una expresión que nos dará el número de altavoces para un local dado, así como la separación máxima entre ellos derivada de la siguiente tabla:

Así, con la siguiente expresión, tendremos calculado el número de altavoces por medio de la superficie en m2, la altura del local y el nivel

2) Este otro sistema tiene en cuenta el ángulo de cobertura del altavoz y la posición del oyente. El número de altavoces se obtiene de:

Si la altura del techo fuera superior a los 5 metros, es recomendable bajar la altura del altavoz por medio de separadores. Para hallar la distancia entre altavoces podemos recurrir a la siguiente expresión que toma como referencia el ángulo de cobertura del altavoz:

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4.3.1.3. Cálculo de la potencia eléctrica de altavoces. La potencia eléctrica total WL de altavoces, también podemos guiarnos de la normativa NTE. Para ello, utiliza las medidas del volumen del local en m3 y el nivel de ruido del mismo y acude a la siguiente tabla:

Si los valores de superficie o de volumen no fueran directos, sino intermedios, se interpolarán linealmente con los valores de la tabla. (potencia de cada altavoz). 4.3.1.4. Calculo de la sección de los cables, a) Referido al amplificador (salida a impedancia constante): Las pérdidas producidas en los conductores debido a la resisitencia del cable. La resistencia del cableado (ida y vuelta) será: donde: p en el Cu = 0,017 Q/m. S: sección del conductor

L: longitud del cable n°: número de conductores.

Con esto, el amplificador verá además de la resistencia de los altavoces la resistencia del hilo conductor, luego la resistencia de toda la instalación queda como: ^ =RAL +RH . Ésta es, la verdadera impedancia que se conecta al amplificador. Significa además, que estaremos perdiendo un nivel de potencia en el cableado de los altavoces definida mediante las expresiones de potencia útil y potencia disipada en el cable:

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b) Referido a la sección del conductor: para calcular la sección del conductor se emplea la fórmula referida a la potencia (P), la longitud del cableado (L), la conductividad (c: 56 para el Cu), la caída de tensión (e) 2xPxL

y la tensión de trabajo (U). Esto es: s =

. Como se observa no c-e-U

difiere del cálculo convencional de secciones en corriente continua o monofásica. 4.3.2. Instalaciones en espacios exteriores En este tipo de instalaciones no se producen reverberaciones, aunque sí ecos y reflexiones. Se debe tener en cuenta la regla de reducción de intensidad sonora en relación con el cuadrado de la distancia Este apartado de sensibilidad del altavoz se denomina SPL, o nivel de presión sonora. Para calcular el SPL de un alatavoz en un espacio abierto, debemos considerar la distancia del oyente (D) en metros y la potenica que aplicamos al altavoz en vatios (P), quedando la expresión:

4.3.3. Cálculo de la potencia: Por último, decir que para el cálculo de la potencia total en instalaciones exteriores se suele utilizar expresiones empíricas con relación al nivel de ruido ambiente, estas son: a) Instalaciones con poco ruido

b) Instalaciones con mucho ruido

Además, la norma NTE establece que la potencia de la unidad amplificadora se calculará sumando las potencias correspondientes a cada uno de los recintos que estén conectados a su circuito de distribución. En el caso de unidades que den servicio a circuitos de distribución de varios programas simultáneos, la potencia correspondiente a los mismos podrá reducirse según el coeficiente de simultaneidad ddado en la siguiente tabla: N° de programas simultáneos

2

3

4

Coeficiente de simultaneidad

0,6

0,4

0,3

Finalmente, para prever las pérdidas en la línea se aumentará en un 10 % el valor obtenido en los cálculos anteriores.

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i s

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NORMATIVA Y REGLAMENTACIÓN

Para la normalización de este tipo de instalaciones tomamos las referentes a la Norma Técnica de Edificación "IAM" referido a cálculos, niveles de sonorización, tipos de instalación, secciones. Por otra parte se deberá tener presente el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, donde se recoge todo lo relativo a conductores, envolventes, canalizaciones, protecciones, recintos especiales y locales de pública concurrencia. Así mismo, la Norma Básica de Edificación Condiciones acústicas en los edificios NBE-CA-88. sobre valores de aislamiento mínimo.

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6.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DOCUMENTALES

I

• J. CARMONA, L. MOLINA, R. ARJONA, J.M. RUIZ Título: Instalaciones Singulares en Viviendas y Edificios Editorial: Mc. Graw Hill. ISBN: 84-481-3036-7

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•

FERNANDO MATILLAS SOLÍS Título: Instalaciones Singulares en Viviendas y Edificios Editorial: Paraninfo. ISBN: 84-263-2715-7

| 1 f

• ALBERTO BANDINI Título: Instalaciones electroacústicas Editorial: Marcombo. ISBN: 84-267-0507-3

I S ¿ |

• EGi (Electroacústica General Ibérica S.A.) Iniciación a la Sonorización para el Instalador Eléctrico. http://www.diac.upm.es/asignaturas/sistaudio/TFC%20lgnacio/anexo3 .html

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