Arreglos y configuraciones de cajas acústicas para directo

Aunque hoy día la mayoría de eventos medianos y grandes utilizan los line-arays, no hay que olvidar que no siempre es el sistema ideal para determinados casos. El empleo de line array necesita de unos conocimientos más avanzados de su teoría, así como del manual de uso del fabricante. Cada marca tiene su propio método de montaje y puesta en marcha, esto no es un inconveniente, ya que el adquirir dichos conocimientos no ocupa lugar ni cuesta dinero.

También es verdad que si el lugar es pequeño, no disponemos de sistema de volado, la forma del lugar y otros factores hacen que la opción de los equipos stackeados sea la preferida. Hasta la llegada de estas nuevas tecnologías esa era la forma de trabajar. Y la pregunta que yo me hago siempre es ¿sonaban mal los conciertos antes de la llegada de los line arrays? ¡Pues no! ¡La mayoría sonaban muy bien! Entonces, usemos esas “técnicas”.

El arreglo de cajas de subgraves ya se explicó en detalle en artículos anteriores, y ya conocemos qué ocurre en cuanto a la presión sonora y cobertura de estos según estén en línea, arco, cardioide…

Sabemos que al colocar un sistema clásico donde están presentes más de una caja existirán cancelaciones provocadas por la diferencia de tiempo con el que el sonido llega a nuestros oídos. Esto es debido a la diferencia de distancia, por lo tanto, tenemos diferencia de fase. Esto siempre existirá, aunque en mayor medida en los sistemas convencionales. Recordemos que una difencia de 1ms en las señales provocará una frecuencia de cancelación de 1000Hz, cuya primera cancelación se encontrará en 500Hz.

Debemos tener claro algunos conceptos y términos antes de continuar

• Acoplamiento ("Coupling"): Cuando existe una suma máxima y una mínima cancelación.
• Combinación ("Combining"): Cuando existe una cantidad moderada de suma y algo menos de cancelación.
• Cancelación ("Combing"): Cuando hay mucha cancelación, sin importar si existe suma o no.
• Eco ("Echo"): Cuando se perciben fuentes discretas.
• Reverberación: Cuando existe una percepción del carácter de decaimiento normal de una habitacin
• Aislamiento ("Isolation"): Cuando la segunda caja acústica tiene poco o ningún efecto audible sobre la respuesta de la primera caja. Mientras el desajuste de tiempo aumenta, mayor cantidad de desajuste de nivel es requerido para lograr el aislamiento.
  

Cuando uno de estos casos ocurre depende de dos factores clave

Desajuste de tiempo: La diferencia en el tiempo de llegada, fase de las fuentes sonoras a una posición receptora determinada. Esta depende de la frecuencia.

Desajuste de nivel relativo: La diferencia en nivel de las fuentes de sonido en una posición del receptor determinada.

• El acoplamiento ocurre cuando el desajuste de tiempo y el de nivel se acercan a cero. En este caso, las señales pueden sumar hasta 6 dB de nivel de presión sonora. Esto es más fácil de lograr en arreglos para frecuencias graves donde la longitud de onda es larga.

• La combinación ocurre cuando el desajuste de tiempo es bajo y el de nivel es alto. Para lograr esto los componentes deben encontrarse muy próximos (desajuste de tiempo bajo) pero debe tener un método para obtener una desajuste de nivel alto. Esto puede ser logrado utilizando sistemas de cajas acústicas direccionales acomodados como un punto de origen, así ampliamos la cobertura.

• La cancelación ocurre cuando el desajuste de tiempo es grande, pero el desajuste de nivel es bajo. Esto ocurre cuando las cajas acústicas se encuentran acomodadas con patrones de cobertura redundantes, arreglos paralelos. Mientras que esto puede darnos una suma importante, es muy dependiente de la posición y varia mucho la respuesta de frecuencia.

• El eco ocurre cuando la diferencia de tiempo es grande y el aislamiento es bajo, de manera que los sistemas suenen como fuentes discretas.

• La reverberación ocurre cuando la diferencia de tiempo es grande y el aislamiento es suficientemente grande, de manera que la interacción suene como el decaimiento normal de una habitación.

El aislamiento ocurre cuando el desajuste de nivel es lo suficientemente grande como para que la segunda caja acustica tenga muy poco o ningún efecto audible sobre la respuesta de la primera. Mientras el desajuste de tiempo aumente, mayor cantidad de desajuste de nivel será requerido para lograr el aislamiento. Esta es una opción muy recomendada.

Características que se deben tener en cuenta al diseñar arreglos

Estos son los principales factores que se deben tener en cuenta cuándo hacemos arreglos de cajas acústicas:

• Cobertura: Al aumentar la zona de empalme, la cobertura se estrecha y viceversa.
• SPL en el eje: Al aumentar la zona de empalme, el nivel de presión sonora sobre el eje aumenta.
• Distribución de nivel: Al aumentar la zona de empalme, la distribución del nivel se vuelve muy variable.
• Distribución de la respuesta de frecuencia: Al aumentar la zona de empalme, la distribución de respuesta de frecuencia se vuelve muy variable. Al disminuir el empalme la distribución de respuesta de frecuencia se vuelve más suave.
• Ecualizabilidad: Virtualmente cualquier arreglo es ecualizable en un solo punto. Pero si podemos asumir que la meta que se propone es proveer una curva de ecualización que sea conveniente para una amplia parte real de cobertura, los arreglos con patrones de distribución constante responderán mejor.

Clasificación de los arreglos

Arreglos horizontales
Existen varios tipos de arreglos de cajas acústicas. Cada arreglo tiene diferentes pros y contras. Cuando dos cajas acústicas se colocan en proximidad una de otra, las podemos clasificar como:

Punto de origen estrecho ("Point-source narrow"):

• Cuando dos cajas acústicas se encuentran acomodadas en un arco en donde los patrones individuales de las cajas son más amplios que el ángulo del arreglo.

  Esto resulta en un estrechamiento del patrón (entre los puntos de -6 dB).
  Suma máxima en el área central y menor en los lados.  Buen acoplamiento de graves y medios. El área de empalme grande crea un área amplia con mucho "ripple" alrededor del centro y más suave en los lados. Responde bien a la ecualización excepto en el área de empalme central. Aplicaciones: Tiro largo y cuando el ángulo deseado de cobertura es menor que el de una sola caja acustica

Arreglos de punto de origen amplios ("Point-source wide")

• Cuando dos cajas acústicas se acomodan en un arco en donde los patrones individuales de las cajas se aproximan al ángulo del arreglo. Esto resulta en una ampliación del patrón (entre los puntos de -6 dB).

  En cuanto a su cobertura, la acumulación central es mínima, por lo tanto, el patrón se amplía; en cuanto al nivel de presión sonora en el eje, es máximo. El área pequeña de empalme da un área angosta con mucho "ripple" alrededor del centro. Es muy suave excepto en el área central. Responde muy bien a ecualización, excepto en el área de empalme central. Aplicaciones: Cuando el ángulo deseado de cobertura es más amplio que el de una caja acústica.

Arreglos de fuego cruzado ("Crossfire")

• Cuando dos cajas acústicas se acomodan de manera que los patrones se crucen directamente al frente de la trompeta. Esto conlleva problemas significativamente mayores de interferencia, no es recomendable.

  La acumulación central provoca un estrechamiento del área entre los puntos de -6 dB, en cuanto al eje tenemos suma máxima. La respuesta de frecuencia y su ecualización es pobre. La mayoría del área central tiene demasiado "ripple”. No debe utilizarse nunca.

Arreglos en paralelo ("Paralell"):

• Cuando dos cajas acústicas se acomodan en un plano paralelo. Los patrones se empalman y crean una respuesta altamente inconsistente, no es recomendado.
• La cobertura es la misma que con una sola caja acústica y el nivel de presión acústica en el eje entrega la suma máxima. En cuanto a la respuesta en frecuencia, cada posición tiene su respuesta de frecuencia particular. El "ripple" de agudos es severo en todas las posiciones. Puede ser ecualizado solamente para un punto, la ecualización será muy difícil para rectificar el sistema.

Aplicaciones: En subgraves
Si tenemos una sola fuente a cada lado tendremos esos ya conocidos comb filter, que veremos en las figuras que vienen a continuación. Pero, además, siempre que usemos equipos de sonido sobre un escenario en la forma tradicional pero con varias cajas por lado, aparecerán los clásicos pasillos o cancelaciones entre las cajas de un solo lado. Así que si sumamos dicho efecto al ocasionado por la diferencia de trayectoria de un lado y otro de la P.A., será muy grave. Ya sabemos que si estamos a una distancia equidistante de cada lado tendremos una buena escucha con cancelaciones mínimas.

Estos problemas que teníamos, y aun tenemos en muchos sitios, se solucionan bastante al volar los equipos, pues el oído humano le cuesta más sentir diferencias verticales que horizontales.

Line array
Veamos pues qué ocurre con los arreglos verticales. Está claro que con este tipo de arreglos evitamos la atenuación, debido a la absorción por parte del público de las frecuencias más altas. Al estar las cajas acústicas situadas por encima del público logramos llegar más lejos

Arreglos verticales. Los diferentes arreglos verticales son los siguientes:

Tiro Largo

Consiste en colocar las cajas una encima de otra, con la caja superior invertida de forma que los motores de agudos estén juntos, con ello conseguimos lanzar más lejos.

La cobertura vertical es el equivalente de media caja, o sea estrecha. La presión sonora en el eje es máxima, sumando 6 dB, el nivel es irregular, y tendremos más nivel en frecuencias agudas y medias. Si observamos la colocación de las cajas simétrica, apreciamos que cada componente se sitúa a la misma distancia que la otra caja, por ello en el eje del arreglo tendremos una buena respuesta de fase.

Ángulo amplio
Colocando una caja encima de la otra, abriendo el ángulo vertical entre ambas, abrimos el ángulo y así conseguimos más cobertura. La cobertura vertical es bastante amplia, la presión sonora en el eje es normal, lo mismo que la distribución del nivel obtenido. La respuesta en frecuencia es bastante buena.

Paralelo
Consiste en colocar una caja encima de otra, consiguiendo así más presión sonora en el centro, aunque la respuesta en frecuencia es pobre. Su ecualización es bastante complicada, salvo en el caso de una sola fuente, por lo que este arreglo no es recomendable. Recordemos que si colocamos una caja junto a otra conseguiremos 6 dB más; al colocar las tercera tendremos 9dB más y así sucesivamente, según la formula:

20log de la fuente, así 20log2 fuentes=6dB, 20log3=9dB, 20 log4=12dB

Para evitar tener mucha presión sonora en la parte inferior de la audiencia tendremos que atenuar la caja inferior hasta 3dB aproximadamente por cada piso hacia abajo. De esta manera, la presión sonora en áreas lejanas puede llegar a ser similar a la presión sonora en áreas cercanas. A esta técnica se le conoce como “Amplitud Tapering” (Disminución Gradual de Amplitud).

El inconveniente que tiene esta técnica es que al disminuir el nivel del piso inferior, el área de interacción se desplaza hacia el área de cobertura del altavoz del piso inferior. De esta forma, la diferencia entre trayectorias dañará la respuesta de frecuencia de la nueva área de interacción.

Para solucionar este problema se debe añadir retraso electrónico al piso de abajo, técnica llamada “Delay Tappering”.

Por ejemplo, si atenuamos en 3dB el piso inferior y, por lo tanto, la zona de interacción se desplaza, en esta última tendremos una diferencia de tiempo y, por lo tanto, tendremos filtro de peine. Para evitar esto tendremos que ajustar dicha diferencia de tiempo.