escala cardioid
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escala cardioid
Cardioide en escalera Sebastián Rivas – Danley Sound Labs De frikis, para frikis… Resumen: Son conocidas las ventajas de los arreglos cardioides de sub-graves. sub Sin embargo, también tienen aspectos en contra. Principalmente, que fruto de las configuraciones conocidas de 2 en línea y diversos estilos de stackeado, la presión sonora en frente del arreglo se ve disminuida entre 3 y hasta 6 dB, o más, con respecto a un cluster mono simple. Eso hace que el arreglo sea inviable en aplicaciones donde se requiere la mayor presión sonora posible en graves. Se presentan explicaciones y mediciones que ilustran la problemática. Luego, se propone una nueva forma de configurar el arreglo. Una variación con la cual se obtiene el mismo nivel que en un cluster mono en gran parte del espectro de sub-graves. sub graves. Nos propusimos realizar una tarde de mediciones y comprobar una vez más algunos conceptos y ver si podíamos llevar a la práctica una idea que nos rondaba la cabeza. Hablamos por supuesto de nuestro querida configuración “Cardioide” o Gradiente, bien conocida y aplicada actualmente en todas partes. Las diferentes configuraciones, a pesar de su gran utilidad, adolecen de un pequeño gran problema, que es que el nivel delantero, es decir el más importante, que recibe el público, se ve disminuido en algunos decibeles. Esto último hace a la configuración inviable para ciertas aplicaciones. Comenzaremos por explicar, con teoría y mediciones que fueron hechas especialmente para este artículo, esos problemas, y cómo son causados. Nos enfocaremos en 2 variaciones principales, el “2 en línea” y el “stackeado inverso”. Luego veremos si podemos ofrecer una ayuda que mejore en algo el problema. 1.Cardioide de 2 elementos en línea. Muchas veces estos arreglos de graves se analizan sólo desde la teoría, usando los programas de simulación. Pero la realidad del sonido en el aire y con transductores reales es más compleja que los programas. Los programas de simulación son herramientas de comprensión y planificación, invaluables en nuestro trabajo, pero los resultados en el campo son siempre distintos, en menor o mayor medida y según el caso. Por ejemplo, si queremos sincronizar dos fuentes en línea en tiempo, sabemos que para una separación de 1m necesitamos teóricamente 2.9 ms. La figura ilustra un aspecto que los programas no pueden ver. En la realidad de ese ejemplo, el sonido del componente trasero debe recorrer el camino disponible para llegar al micrófono. Pero hay un obstáculo en su camino. Dependiendo de la frecuencia y longitud de onda, ese obstáculo no será “transparente” como en el ideal de que cada caja es un punto. Por eso normalmente cuando ajustamos el tiempo en ese caso, las mediciones nos arrojan siempre que necesitamos “un poco más” de delay. *Disclaimer: El lector debe comprender que en ningún caso el propósito de este artículo es “juzgar” los programas de simulación. Su autor es el programador de uno, jeje. Estas son herramientas de software realmente invaluables en educación, comprensión, y también implementación de sistemas electroacústicos. Pero parte del conocimiento pleno de los mismos, es conocer sus limitaciones. Conociendo sus limitaciones es como podemos sacar el máximo provecho de los mismos. Pero no es la variación de tiempo lo que juega en contra de un arreglo cardioide de 2 elementos en línea. Es la variación de nivel. Primero que nada, algo que es bien conocido: sabemos que para “afinar” un arreglo cardioide de 2 en línea necesitamos igualar tiempo, pero también nivel en la posición trasera. Dado que el sub-grave trasero está más cerca de la posición de cancelación, el sonido tiene un menor trayecto que recorrer, y por lo tanto la atenuación por distancia es menor. Veamos en el simulador la diferencia de nivel producida por cada caja en el micrófono. En la figura, el trazo superior corresponde a la presión que recibe el micrófono gracias al sub trasero. Obviamente por estar más cerca, es mayor, ya que hay menos decaimiento por distancia. Luego, para que la configuración funcione entregando una máxima atenuación trasera, necesitaríamos disminuir esos 2 decibeles y así igualar. Pero al disminuir 2 decibeles, obviamente la suma en la parte delantera será menor. En todo caso es poco. Además, teniendo la fase igualada, aunque no igualemos el nivel, obtendríamos una gran atenuación en este caso. En las siguientes 2 figuras, el trazo rojo corresponde a la posición delantera, y el verde a la trasera. Sin atenuación de caja trasera, 12 dB de atenuación. Con atenuación de -2dB en caja trasera: 30dB de atenuación. Es fácil ver que se gana bastante atenuación extra con los -2dB. Sin embargo, si miramos adelante, en la curva roja, es casi nada lo que se pierde. Menos de 1 dB en esa posición. Pero cuidado, para hacer la comparación pusimos el micrófono frontal muy cerca. Si nos alejamos a 20 metros, perdemos 1 dB completo. Todavía, sin embargo, no resulta para nada preocupante. El problema, es que en la realidad, se produce un efecto que por partida doble hace que adelante perdamos bastante más que 1dB. Es una moneda de 2 caras que el software de simulación no puede “ver”. Sucede que el subgrave delantero actúa como un verdadero obstáculo para el trasero. Y eso no sólo produce diferencias en el tiempo de llegada de la onda, sino también en el nivel de presión. Comencemos con las mediciones: *Detalles de las mediciones realizadas en anexo al final. Las mediciones se muestran en el software Freq Explorer. En estas dos mediciones, ubicamos el micrófono a 6m en la parte delantera del subbajo. Es importante tomar en consideración que en ambas gráficas, SOLO EL SUBGRAVE 1 ESTA SONANDO. El único cambio que se realizó fue tomar el subgrave 2, APAGADO, sin cable, y ubicarlo en frente del sub 1. O sea que el sub 2 en esta medición tuvo el único propósito de ser un obstáculo. Sólo queríamos ver el efecto que tal obstáculo tendría en un sub sonando. Y vemos que es bastante, muy notoria la diferencia, llegando incluso a los 5dB de atenuación. O sea que, una vez realizado el arreglo, estaremos perdiendo 5 dB del sub trasero. Más, los dB que usamos para atenuar atrás, que estudiamos recién. Debemos mencionar que la atenuación delantera producida por el “obstáculo” es muy sensible a la distancia que queda entre el subgrave trasero, y la parte posterior del subgrave delantero. En el caso de la medición recién mostrada, la distancia fue de aproximadamente 20cm. El efecto de atenuación delantera está fuertemente relacionado a la separación mostrada en la imagen. Para una separación de este tipo grande (>0.5m) el efecto de obstáculo, visto adelante, es despreciable, y por lo tanto el gradiente de 2 elementos en línea se recomienda ser realizado a una distancia centro-a-centro mayor. Nuevas mediciones son necesarias para describir este comportamiento, y las realizaremos en un nuevo estudio. Esta distancia no está directamente relacionada a la distancia entre centros, parámetro clave de todo sistema de bajos cardioide. Esto, porque distintos modelos de sub-grave tendrán distintas dimensiones. La distancia entre los componentes del sub trasero y la parte posterior del sub delantero, dependerá de las dimensiones de la caja, y de la separación entre fuentes escogida para el arreglo. Ahora, cabría hacerse la siguiente pregunta: ¿Dónde se va el nivel que se pierde al ubicar un obstáculo en frente del sub-grave trasero? Pasemos a la segunda cara de la moneda. Resulta que, aunque cueste creerlo, parte de esa energía “perdida” en la parte frontal, es REFLEJADA hacia atrás. Una imagen que intenta ilustrar lo que sucede: Pero esto no lo decimos nosotros. Lo dicen las mediciones (1): Mediciones atrás del arreglo. Solo la caja trasera emite. El trazo verde oscuro corresponde a medir el sub trasero sonando solo, y sin la segunda caja puesta adelante. El trazo verde claro es el mismo sub, sonando solo, al que únicamente se le acercó el segundo sub grave, apagado, para visualizar el resultado del “rebote”. Y vemos que desde 50Hz en adelante, en la parte trasera del arreglo el sub trasero producirá un incremento de al menos 2.5 dB, gracias a la “reflexión” Esta reflexión o dispersión hacia atrás, viene a sumarse a lo que el grave trasero produce por si mismo en esa dirección. Esas ondas se suman, y hacen que la presión producida atrás sea aún mayor, con lo que más reducción de gain trasero será necesaria. Y por supuesto esa reducción también tendrá efectos negativos adelante. Resumen de los problemas que reducen el nivel delante de una configuración cardioide de 2 elementos en linea: 1- El sub delantero actúa como un obstáculo que disminuye la presión producida adelante por el sub trasero. 2- El sub delantero actúa como una superficie donde parte de las ondas producidas por el sub trasero rebotan hacia atrás, aumentando el nivel que luego debemos atenuar al sub-trasero, para igualar lo que el delantero produce hacia atrás, y así obtener una cancelación útil. Para finalizar el análisis de los problemas que presenta el 2 en línea, una interesante comparación. Veamos un cluster mono, versus un cardioide ya ajustado. La medición es realizada a 12 metros de distancia. Trazo rojo, cluster mono común. Trazo verde, Cardioide 2 en línea. Medición tomada en frente del arreglo, a 12m de distancia. En sonido nada es gratis. A costa de la ventaja de tener el escenario libre de frecuencias sub-graves, perdemos entre 3 y 6 decibeles en gran parte del ancho de banda. 1.Cardioide de stack inverso. El stack inverso es una variación del arreglo cardioide, en donde un sub-grave se ubica arriba del otro, pero orientado en forma inversa. Uno mira hacia adelante, el otro mira hacia atrás. Al girar el sub-grave superior hacia atrás, también hemos desplazado el punto donde están los conos. Por lo tanto la fuente ha sido movida hacia atrás. (Y hacia arriba). En este caso los caminos que recorre el sonido hacia el punto de cancelación serían más o menos así: Una de las ventajas del stakeado inverso es que ocupa menos espacio entre el escenario y la primera fila. Sin embargo es más alto que un 2 en línea. Ventajas y desventajas, nada es gratis. Y entonces el principio es el mismo. En este caso el sub superior correspondería al “sub-trasero”, ya que el “punto” desde el cual salen las ondas ha sido corrido hacia atrás. El análisis de la pérdida delantera, en el cardioide stakeado, es más simple que el dos en línea. El mayor problema es el giro de la caja superior. Se nos ha dicho muchas veces que las frecuencias sub-graves son omnidireccionales. Pero eso es una simplificación. Numerosas mediciones han mostrado que existe una pequeña diferencia entre que lo que un sub produce adelante y atrás. Y la diferencia se hace no tan pequeña a medida que la frecuencia sube. Nosotros en el pasado (2) hemos medido desde 5dB de diferencia en 50Hz hasta 10 dB en 100 Hz. De esta forma, por el solo hecho de dar vuelta una caja hacia atrás, estamos obviamente quitando nivel de presión sonora en la parte delantera. Aparte de esto, ¿Qué sucede atrás? Bueno, por la misma rotación de la caja, atrás hemos aumentado el nivel. Luego, ya se imaginará el lector, cuando tengamos que igualar las curvas de magnitud en el escenario, más atenuación será necesaria en la caja superior, afectando también obviamente el nivel hacia adelante. Este es un análisis bastante simple de entender. Cualquier caja que se apunta hacia atrás disminuirá su nivel hacia adelante, incluyendo los sub-bajos. A continuación, la comparación entre el invencible cluster mono y un cardioide stackeado. Medición realizada a 12m. Trazo rojo: Cluster mono. Trazo amarillo: Cardioide stackeado inverso. Resumen de problemas del cardioide stackeado inverso: 1- Una de las cajas es apuntada hacia atrás. Obviamente producirá menor nivel hacia adelante. 2- Una de las cajas es apuntada hacia atrás. Obviamente producirá más nivel hacia atrás. Y luego ese nivel debe ser atenuado para igualar magnitud y que el arreglo funcione. Esa atenuación se sentirá adelante, como menor nivel general. Por último, veamos una gráfica de las 3 situaciones ya analizadas: Cluster mono, cardioide 2 en línea y cardioide stackeado inverso: Trazo rojo: Cluster mono Trazo amarillo, cardioide stackeado inverso. Trazo verde: cardioide 2 en línea. Vemos en estas mediciones controladas la razón de que muchos ingenieros, que necesitan máxima presión en graves, rechacen a nuestros queridos cardioides. El nivel de presión sonora en bajos es caro, eléctrica y logísticamente, y estos decibeles perdidos son para ellos inaceptables. A continuación, ofrecemos una variación alternativa. CARDIOIDE EN ESCALERA (Stair cardioid) Cardioide en escalera. Su principal ventaja es que se puede usar como escalera para subir rápidamente al escenario :) Desde hacía un tiempo que rondaba esta idea en nuestra cabeza. Su simpleza de funcionamiento es muy limpia. Es una especie de combinación de los conceptos vistos anteriormente. La idea es evitar los dos problemas más graves en las configuraciones cardioides vistas anteriormente. 1- No entorpecer el desarrollo de la onda de la caja trasera. (no hay obstáculo) 2- No girar una caja hacia atrás. 3- La caja trasera está separada del suelo. Por lo tanto intrínsecamente produce menos nivel. Eso ayuda a compensar su mayor cercanía con el punto de cancelación. (menor o nulo gain negativo necesario) Aquí no hay mucho más que argumentar. El punto 3, mencionado recién, permitió que en nuestra sesión de mediciones no fuera necesario tocar el control de ganancia para la caja superior. Comparación entre cluster mono y cardioide en escala. Trazo rojo: cluster mono. Trazo celeste: cardioide en escalera Vemos que desde más abajo de 40Hz y hasta 80Hz, ya no hay excusa. El nivel es equivalmente al producido por el cluster mono. Debajo de 35 Hz comienza a hacer efecto el suave roll-off que mencionábamos al comienzo. Es de notar que la separación centro-a-centro que usamos fue de 1.5m. Por eso el arreglo puede ser usado con un corte que no vaya más arriba de 90Hz, lo cual creemos está bien para muchas aplicaciones. Una “desventaja” de este arreglo, claramente, es que su instalación ofrece el reto de levantar el sub trasero. Podrían ser ocupados cases, o andamios especialmente armados para tal efecto. Para finalizar vemos la gráfica de la medición de las 4 situaciones . Rojo: cluster mono. Celeste: cardioide escalera. Verde: 2 en línea. Amarillo: stack inverso. El lector dedicado podrá imaginar otras posibilidades. Línea de cardioides en escalera. Otra buena idea, que no alcanzamos a probar, fue la siguiente, donde no sería necesario levantar las cajas. Cardioide en Zig-Zag. No hay cajas apuntando hacia atrás. No hay obstáculos. Sin embargo los dos subs están en el suelo, podría ser necesario algo de gain negativo en la línea trasera. Un escenario alto y muchos andamios podrían crear un end-fired en escalera. Con esto terminamos el artículo. Invitamos a nuestros amigos lectores a implementar esta variación de “cardioide en escalera”. Las mediciones en el estudio fueron muy cuidadosamente realizadas, respetando distancias, etc, por lo que los resultados deberían ser totalmente replicables. Sebastián Rivas Danley Sound Labs ACERCA DE LAS MEDICIONES: Las mediciones fueron realizadas el día 13 de Marzo de 2014 en las afueras de la ciudad de Temuco de Chile, sector Huichahue, en un campo abierto y sin superficies que pudieran contaminar los datos con reflexiones. Ruido de fondo bajísimo (<40 dB) La primera medición que se realizó fue comprobar que los dos subs usados tuvieran una respuesta exactamente igual en magnitud y fase. Equipamiento utilizado: 1 Sonómetro Cesva 2 sub-graves doble 18’’ Amplificador Yamaha P7000 Interfaz Focusrite Smaart v7 Sat-Live 1.6 Procesador Behringer UltraDrive Micrófono Behringer ECM8000 Agradecimientos: Oscar Troppa, ingeniero de sonido, por acompañarme y ayudarme en las mediciones. Claudio Pedemonte, Escuela de sonido Santo Tomas Temuco, por el equipamiento. (1) La primera vez que escuché de esta “medición” del sonido reflejado hacia atrás, fue gracias al trabajo de Alejandro Campero y Ricardo Kaito Barragan. Saludos para ellos y su “projecto subs” (2) Projecto de título de Ignacio Cartes, Escuela de sonido Santo Tomas Temuco.