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Mediciones: respuesta al impulso y ventaneo

En post anteriores (Mediciones de campo cercano) se discutió la técnica de campo cercano para obtener una curva de respuesta en frecuencia ”limpia” en un espacio acústico con reflexiones. Sin embargo esta metodología está restringida a frecuencias bajas y medias-bajas.

Refrescando el concepto de respuesta al impulso (Convolución, Cómo medir un recinto) se puede sintetizar que la misma describe las modificaciones que genera un sistema cualquiera (acústico, electrónico o mecánico) a una señal de entrada. En especial, con la respuesta al impulso es posible estudiar la respuesta en frecuencia de dicho sistema.

En este post se presenta la técnica de ventaneo de respuesta al impulso para obtener mediciones de altoparlantes cuasi-anecoicas (o cuasi-campo libre) en frecuencias medias y altas, en condiciones no ideales.

Para ejemplificar esta técnica se presenta en la figura 1 una respuesta al impulso de un altoparlante medida en campo cercano, a unos pocos milímetros del domo, en un recinto cerrado común.

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Fig 1: Respuesta al impulso en campo cercano.

Se puede observar un impulso corto y de gran amplitud seguido por un decaimiento de unos pocos milisegundos causado por las resonancias del altoparlante. Este impulso condice, en gran medida, con el de una medición anecoica o de campo libre.

Al colocar el micrófono a 1 metro del parlante, en el mismo recinto, se obtiene la respuesta que se observa en la figura 2.

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Fig 2: Respuesta al impulso a 1 metro.

Al comparar ambas mediciones queda en evidencia que el primer gran impulso tiene gran correlación en ambos, y es justamente porque se trata del sonido directo que llega del parlante al micrófono. Luego de unos pocos milisegundos aparecen varios impulsos de menor amplitud que decaen lentamente con el tiempo. Los más cercanos al directo se los denominan reflexiones tempranas, asociadas a las paredes o diferentes superficies que se presenten en la sala. Lo que sigue luego es el arribo de múltiples reflexiones poco espaciadas temporalmente. En cuanta más distancia y superficies recorran, menor la intensidad, por estos motivos se hace más difícil identificar claramente un impulso por sobre otro. Representan la respuesta del campo reverberante difuso de la sala.

La sumatoria de todas estas reflexiones cambia de manera significativa la respuesta en frecuencia como se puede observar en la figura 3.

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Fig 3: Respuesta en frecuencia con micrófono a diferentes distancias de 0 a 1 metro.

A medida que se aleja el micrófono de la fuente, las reflexiones tienen mayor amplitud respecto al sonido directo y modifican la respuesta en mayor medida.

Si se remueven los impulsos agregados por las reflexiones de la sala, y se analiza únicamente el impulso de la onda directa, se puede obtener una respuesta cuasi-anecoica. A esta técnica se la conoce comúnmente como respuesta al impulso ventaneada o gatillada.

Esta metodología sin embargo presenta un límite de resolución en bajas frecuencias dictado por el tamaño de ventana que se analice. Retomando el ejemplo anterior, se identifica la primera reflexión aproximadamente a los 13ms. Si la respuesta al impulso empieza a los 7.5ms queda una ventana de 5.5ms para analizar, como se observa en la figura 4.

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Fig 4: Ventana de análisis.

Debido al tamaño de la ventana la resolución en bajas frecuencias es poca. Se puede estimar la frecuencia límite de resolución (ver Límites en una FFT):

Frecuencia límite = 1000 / tiempo ventana (milisegundos)

Esto quiere decir que se requiere al menos un período de tiempo para la señal más baja que se quiera analizar. Es prudente realizar diferentes mediciones si se necesita tomar decisiones muy cercanas a la frecuencia límite.

En la figura 5 se observa la respuesta en frecuencia ventaneada. En este caso el límite de frecuencia se encuentra alrededor de 180 Hz.

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Fig 5: Respuesta en frecuencia ventaneada.

Teniendo un poco de cuidado es posible combinar esta técnica en medias-altas frecuencias con la de campo cercano en medias bajas y así obtener una respuesta en frecuencia completa con una influencia casi inexistente del recinto en donde se realicen las mediciones.

Ing. Eduardo Sacerdoti

Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

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