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Del dicho al hecho en la predicción acústica

Con los años, no solamente se volvieron más sofisticados los sistemas de sonido sino también las herramientas que sirven para ponerlos a punto. El proceso de diseño y alineación del sistema de sonido que se instalará, por ejemplo, en un evento, comienza en un programa de predicción en el que pueden probarse varias estrategias. No es casualidad que los primeros programas de predicción acústica orientados a sistemas de sonido fueron desarrollados para sistemas de tipo line-array. Estos sistemas son complejos y requieren el manejo de una gran cantidad de variables, pero posibilitan el despliegue de sistemas de sonido de una magnitud muy importante. ¿Cómo podemos asegurarnos que al momento de la verdad nuestro diseño funcione como en la predicción?

Tomemos el sistema principal para la voz del Estadio Único “Madre de Ciudades” de Santiago del estero. El estadio tiene unos 37 metros de alto, aproximadamente unos 180 metros de diámetro, y es un ejemplo excelente para responder esta incógnita.

Toda predicción arranca con un modelo

Fig1. Planos y modelo virtual del estadio.

Con dimensiones de tal magnitud una diferencia de unos pocos grados puede resultar en un error considerable. El primer paso es construir un modelo virtual que sea representativo del espacio en el que se instalará el sistema de sonido. Para esto se trabaja detalladamente sobre planos arquitectónicos del lugar. De estos planos se extraen todos los aspectos pertinentes, incluyendo no solamente dónde estará ubicado el público, sino también puntos de colgado, etc. En esta etapa también es importante definir los objetivos que debe cumplir el sistema. En el caso de la voz del estadio la inteligibilidad de la palabra es fundamental, el sistema tiene que ser fuerte y claro y debe estar ubicado de manera tal que se minimicen los efectos negativos que pueda tener la acústica del lugar, si los hubiese. Con este modelo como punto de partida se prueban distintas estrategias para buscar los mejores resultados.

Un conocimiento extensivo del equipamiento

Fig 2. Medición de patrón polar.

El sistema principal está compuesto por 8 arreglos de 12 gabinetes línea V15i distribuidos alrededor de las tribunas. Un arreglo lineal curvo, como el que se muestra a continuación, tiene como objetivo una cobertura pareja desde la fila más alta hasta la más baja.

Fig 3. Vista lateral y simulación.

Para evitar interferencia destructiva entre equipos, estos fueron ubicados alrededor de las tribunas, como puede verse más abajo, consiguiendo una distribución muy homogénea. Al recorrer las tribunas no hay una diferencia perceptible al pasar de la cobertura de un arreglo al siguiente.

Fig 4. Vista en planta y simulación.

Otro aspecto del proceso de optimización del sistema se lleva a cabo de manera práctica en conjunto con las simulaciones. Explorando las mejores alternativas para el colgado y la instalación de los gabinetes, así como también, probando opciones de procesamiento que garanticen el mayor rendimiento sin sacrificar la integridad del equipamiento. En este caso particular, el desafío estuvo en ajustar los limitadores para maximizar la reproducción de la voz hablada por tiempos prolongados. Esta clase de ajustes no son triviales, requieren múltiples pruebas y mediciones, cuyos resultados finalmente pueden ser incorporados en las simulaciones.

Una buena simulación es solo la mitad del trabajo

Fig 5. Instalación de un arreglo

La meta es plasmar un proyecto en la práctica. Un proyecto que comienza con el diseño y la construcción de los gabinetes. Esto incluye la medición y el formato para los datos que se usan en las simulaciones. No obstante, es igual de importante que la instalación de los sistemas lleve el mismo nivel de atención. En este caso particular, la posición de colgado de los arreglos está muy lejos de lo comúnmente utilizado en espectáculos en vivo, por lo que fue diseñado un rigging exclusivamente para colgar este arreglo y asegura la ubicación correcta.

A esto se agrega un paso fundamental de la optimización de un sistema de sonido, la conexión (en este caso audio por red) y el monitoreo de todo lo referido a amplificación. Por mencionar un ejemplo que sucedió durante el colgado, un parlante en uno de los arreglos tuvo un problema en el cableado que pudo ser detectado desde el software del amplificador.

Anticiparse a la acústica del lugar

Fig 6. Colgado de un arreglo

Otro aspecto de la simulación que debe ser tenido en cuenta en la práctica son los distintos aspectos de la acústica propia del lugar. Es decir, el tiempo de reverberación, ecos, condiciones atmosféricas, ruido ambiente, etc. Por más que la cobertura del sistema sea ideal, si está en una posición desventajosa desde la acústica poco va a poder hacerse en la práctica para mejorar la situación. Por lo general, los software de simulación para sistemas de sonido no incluyen una forma de simular los efectos acústicos del recinto, por lo que se debe ser cauto. Incluso, teniendo la posibilidad de simularlos, dado que generalmente solo se cuenta con datos parciales sobre las características de los materiales y su disposición física.

 

 

En el caso del estadio, es un espacio de gran tamaño parcialmente cubierto, con un tiempo de reverberación de un par de segundos de duración, pero con muy poco nivel dada la distancia entre superficies. La reflexión más importante se produce con respecto a la lona que cubre el estadio a modo de techo. Esta es la superficie más próxima a los arreglos y donde se produce la reflexión más importante, por lo que se llevó a cabo un análisis de las reflexiones que se podían producir para estudiar el impacto que pudiesen tener en el desempeño del sistema.

Fig 7. Simulación de reflexiones para un arreglo.

Puede observarse que para las filas de más arriba las reflexiones llegan lo suficientemente cerca en tiempo para generar un filtro peine, pero la mayoría de la energía es reflejada hacia el campo de juego, sin efectos adversos. Frente a estas situaciones, obviamente la acústica del lugar excede el trabajo de diseñar un sistema de sonido, por lo que más que corregir la acústica, lo importante es tenerla en cuenta para buscar la mejor ubicación del sistema de sonido, y conocer qué puede ocurrir en el lugar para poder interpretar los resultados al momento de medir. En este caso particular, el factor más importante es el piso de ruido, dado que 28.000 hinchas de futbol pueden generar un nivel de presión sonora considerable. Esto, junto con la reverberación del estadio, tienen una incidencia directa en la inteligibilidad del sistema, particularmente alrededor de las frecuencias medias.

Fig 8. Niveles de presión sonora por octava para distintas situaciones de juego. Engard. D. (2009). September 18th Folsom Field Octave Band Analysis and Overall Leq. Department of Environmental and Radiological Health Sciences. Colorado State University.

Este nivel de ruido está cerca del umbral del dolor del oído humano por lo que es importante que el rendimiento del sistema esté aprovechado, procesamiento mediante, en la máxima inteligibilidad sin desaprovechar potencia en partes menos sensibles del espectro. Para esto se llevan a cabo estudios de inteligibilidad simulando distintas opciones de procesamiento, considerando este piso de ruido y las condiciones acústicas previamente mencionadas. Los resultados de las simulaciones muestran que en ninguna parte del estadio la inteligibilidad baja de un STI=0.45 que para sistemas de sonido para eventos masivos es considerado algo muy bueno.

Fig 9. Predicción de inteligibilidad STI.

La simulación como una herramienta de optimización in situ

Fig 10. Vista de perfil de la simulación. 6 sensores en el eje de un arreglo.

El último paso de optimización consiste en realizar un relevamiento del desempeño del sistema ya instalado y funcionando. Es importante que en esta etapa se lleven a cabo tanto pruebas auditivas como mediciones en distintos puntos estratégicos al rededor de todo el lugar. La medición puede ayudar a revelar problemas que a la percepción le son difíciles de cuantificar y viceversa. En este caso se tomaron mediciones en el eje de uno de los arreglos, como se ve en la imagen. Es importante contemplar la zona a cubrir en su totalidad y no empeorar la cobertura de la tribuna alta por mejorar la baja, por ejemplo.

 

 

El siguiente gráfico muestra la respuesta en frecuencia simulada para estos puntos.

Fig 11. Respuesta en frecuencia simulada en el eje de un arreglo para 6 puntos.

Fig 12. Comparación de respuesta en frecuencia simulada y medida en el eje de un arreglo. Por claridad, solamente se incluye la respuesta en el centro de las tribunas alta y baja; simulación (verde y violeta) y medición (Azul y rojo).

Al comparar con las mediciones se observa un grado de coincidencia muy grande. Menos de 2 dB de diferencia. La diferencia en bajas frecuencias (debajo de 60 Hz) se debe a ruido presente durante la medición. En el caso de las frecuencias por arriba de 8 kHz el viento modificaba la respuesta de un momento a otro por lo que no pudo conseguirse una medición exacta para ese rango. Dejando de lado esos factores, la medición es considerablemente limpia por la poca influencia del recinto en lo acústico. Recordemos que es, en buena medida, un espacio al aire libre.

Fig 13. Medición de respuesta en frecuencia entre dos arreglos para el centro de las tribunas alta y baja.

Se incluye también la medición en puntos intermedios entre dos arreglos para el centro de la tribuna alta y baja. Puede observarse que la cobertura es prácticamente idéntica para las dos posiciones con cualquiera de los dos arreglos.

 

 

 

 

Fig 14. Medición de respuesta en frecuencia entre dos arreglos. Comparación sistemas separados y funcionando en simultaneo.

Esto se verifica en el siguiente gráfico, que compara esta respuesta con la medición de ambos arreglos en simultaneo (curva celeste claro). No se producen grandes diferencias ni cancelaciones en ninguna parte del espectro.

 

 

 

 

 

 

Ya habiendo tomado mediciones en varios puntos, y corroborada la semejanza entre la simulación y la medición, pueden probarse alternativas de procesamiento, obteniendo resultados en cuestión de segundos sin tener realizar mediciones en todo un estadio. En este caso se alteró ligeramente el procesamiento entre las tribunas para empatar la cobertura. La tribuna baja tiene una extensión mayor hacia el centro del campo de juego en las tribunas Este y Oeste, esta distancia extra requería un poco más de nivel en las frecuencias más altas.

Fig 15. Comparación entre respuesta con procesamiento extra (izquierda) y sin procesamiento extra (derecha).

En conclusión:

La ventaja de trabajar con simulaciones no es únicamente predecir lo que va a pasar cuando se cuelgue el sistema en el futuro lejano sino también predecir el futuro inmediato. Esto permite trabajar con simulaciones de manera práctica mientras se hace el ajuste en el lugar. Para esto, es fundamental un seguimiento de cerca en todas las etapas del diseño del sistema de sonido que integra la fabricación de los gabinetes y el desarrollo de una configuración particular para cada caso.

Lic. Lucas Landini

Departamento de Ingeniería – Equaphon


Si te interesa profundizar más sobre cómo se miden e introducen los datos de un gabinete en un programa de simulación acústica podés ver una charla al respecto aquí.

Lucas Landini

4 Comments

  1. Excelente artículo, felicitaciones pro el trabajo que se tomaron en redactarlo. Saludos!

    • Hola Hernán
      Muchas gracias por tu comentario! Y gracias a vos por el trabajo de leerlo. Saludos!

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