En la segunda parte de este artículo hablamos sobre la directividad en altavoces y cómo la interacción entre estos depende principalmente de la distancia de separación relativa entre ellos y de la frecuencia reproducida, al igual que en el caso de las fuentes omnidireccionales. También vimos cuáles son los efectos de dicha directividad en un arreglo de altavoces simple. Aunque la interacción acústica entre altavoces es un fenómeno complejo que también depende de otros factores como las relaciones de fase, el nivel relativo y las diferencias de tiempo entre altavoces, en esta ocasión nos enfocaremos en describir los principales tipos de arreglos de altavoces, sus características y los resultados que proporcionan, así como algunas de sus aplicaciones.

Vimos anteriormente que un par de altavoces colocados paralelamente uno del otro muestran un mayor acoplamiento en baja y media frecuencia conforme disminuye la distancia entre fuentes, pero que al mismo tiempo, a alta frecuencia es necesario acortar aún más la distancia entre fuentes (y consecuentemente las diferencias de tiempo a longitudes de onda más cortas). Como mencionamos antes, debido a que las longitudes de onda a frecuencias más altas es más pequeña de lo que en la práctica lo permiten las dimensiones de un parlante de compresión o de un baffle, también vimos que una solución consiste en acortar dicha distancia, fabricando altavoces trapezoidales que permiten configurar los altavoces en una disposición geométrica en forma de abanico.

Podemos entonces definir dos tipos básicos de arreglos (formaciones o configuraciones) de altavoces a partir del ejemplo mostrado el número anterior: aquellos de origen puntual, y los arreglos en línea (o paralelos). Adicionalmente describiremos un tercer tipo de arreglo, que aunque menos frecuente en su utilización, es importante mencionarlo: el de fuego cruzado o de punto de destino.

Arreglos paralelos o en línea
En un arreglo en línea, las fuentes sonoras (altavoces) se encuentran arregladas geométricamente, de forma que sus trayectorias centrales (ejes) son paralelas unas a las otras, lo que significa que podemos formar una línea recta con varias fuentes en paralelo. De esta forma, podemos suponer que tenemos una línea de altavoces colocados paralelamente como en la figura 1A. Este es un tipo de arreglo que podríamos imaginar como una hilera o pared de altavoces.

 

Como vimos en los ejemplos de la segunda parte el mes pasado, este arreglo presentará un mayor acoplamiento mientras la distancia de separación entre fuentes sea menor, en particular a baja frecuencia, pero éste no será el caso a alta frecuencia. Tomemos un altavoz convencional de alta directividad, con una cobertura nominal de 50 grados. ¿Qué pasa con las coberturas de los altavoces cuando son colocados en paralelo? Al tener 50 grados de cobertura, esto significa que a cada lado cada altavoz cubre 25 grados, pero al encontrarse colocados paralelamente uno al lado del otro, entre cada dos altavoces existirán 25 grados de empalme entre las coberturas. Esto ocasionará diferencias de tiempo considerables, y por lo tanto, una interacción destructiva a alta frecuencia. Para las frecuencias bajas esto no será un problema, y encontraremos en general interacción constructiva en forma de acoplamiento acústico.

En la figura 2 podemos observar el campo sonoro del mismo arreglo en línea con cuatro altavoces a diferentes frecuencias desde 125 Hz hasta 8 kHz en bandas de una octava. En esta imagen podemos ver claramente cómo a altas frecuencias se presenta una importante cantidad de interferencia destructiva, con lóbulos muy marcados entre 1 kHz y 8 kHz, mientras que a baja frecuencia existe un mayor acoplamiento hacia el frente del arreglo y sobre el eje del mismo. De hecho, uno de los aspectos más notables de los arreglos en línea es que, dentro del rango de frecuencia en el que logran acoplamiento, también ocurre un cambio en la directividad del arreglo. Como podemos observar, entre 125 Hz y 500 Hz la cobertura del arreglo se estrecha considerablemente sobre su eje (la línea central), mostrando mayor intensidad, mientras que a los lados la fuerza del campo sonoro disminuye considerablemente. Éste es, justamente, el efecto deseado teóricamente en un arreglo lineal (line array) moderno.

Nótese que hasta el momento no habíamos mencionado este tipo de arreglos, y que estamos haciendo una distinción arbitraria entre arreglos en línea y arreglos lineales. Aunque esencialmente se trata del mismo tipo de arreglo teóricamente hablando, en la práctica la implementación de un arreglo en línea puro ha resultado imposible de lograr. Más adelante veremos con detalle la diferencia entre ambos y cómo los arreglos lineales modernos han resuelto esta limitación práctica. Por el momento regresemos a la figura 2. Como podemos ver en ella, arriba de 1kHz, la interacción destructiva impera y produce múltiples lóbulos y cancelaciones profundas fuera del eje (las zonas en azul oscuro), a diferencia de lo que ocurre a frecuencias más bajas. Precisamente por ello, este tipo de arreglos resulta muy útil para lograr control direccional a bajas frecuencias, por ejemplo en arreglos de subwoofers; sin embargo a altas frecuencias produce una respuesta de frecuencia muy irregular y por lo tanto su uso en la práctica es poco deseado.

Arreglos de punto de origen
De la misma manera que en el ejemplo que vimos en la parte anterior de este artículo, una solución a este problema consiste en disminuir lo más posible la separación entre fuentes sonoras a alta frecuencia, de tal manera que podamos configurar geométricamente los altavoces, como si las fuentes sonoras parecieran provenir de un mismo punto de origen. La forma más sencilla de lograrlo es colocando los altavoces de tal forma que los ejes (la trayectoria central) de los altavoces coincidan geométricamente en un punto virtual, que llamaremos punto de origen, simulando de esta manera la propagación de varias fuentes discretas desde un mismo punto común. Para lograr esto, necesitamos que los altavoces sean colocados en forma de abanico, de forma que este punto de origen virtual parezca estar detrás del arreglo de altavoces, tal como se muestra en la figura 1B. Esto es lo que llamamos un arreglo de origen puntual o de punto de origen (point source array en inglés).

 

En la figura 3 podemos ver el campo sonoro producido por este tipo de arreglo con los mismos altavoces. De igual manera que un arreglo en línea, uno de origen puntual muestra un buen acoplamiento a baja frecuencia, sin embargo, también mostrará una menor interacción destructiva a alta frecuencia. Esto se debe a que al colocar los altavoces de forma que el origen virtual de las ondas sonoras propagadas por cada altavoz en el arreglo se encuentra en un punto único detrás del arreglo, las diferencias de tiempo causadas por el empalme entre coberturas disminuye considerablemente, a comparación de lo que sucede en un arreglo en línea.

Lo anterior se puede ver con gran claridad también en la figura 3, donde vemos que, si bien aún existe cierto grado de interacción destructiva, hay una mejor interacción constructiva (áreas amarillas), no sólo en el eje, sino dentro de la mayor parte de la cobertura del arreglo, mientras que las cancelaciones son mucho menos profundas entre cada altavoz. Es importante notar que a diferencia de la figura 2, en la figura 3 a 500 Hz, la cobertura es más amplia, ya que debido al ángulo de separación entre altavoces a esta frecuencia ya no existe tan buen acoplamiento entre fuentes. Sin embargo, tampoco podemos ver lóbulos que indiquen problemas por cancelaciones.

Claramente para este tipo de arreglos lo ideal es utilizar ángulos de separación entre altavoces que permitan mantener el punto de origen, y que a la vez minimicen el empalme entre coberturas y consecuentemente la interacción destructiva. Una consecuencia adicional es que, a diferencia de lo que sucede en un arreglo en línea, la cobertura de un arreglo de origen puntual se amplía dependiendo de la cantidad de altavoces en el arreglo y de sus coberturas individuales. Mientras un arreglo en línea tiende a estrechar la cobertura del arreglo conforme más altavoces tenga, un arreglo de origen puntual tenderá a ampliar su cobertura al sumarse las de los altavoces que lo conforman.

Los arreglos de origen puntual han sido ampliamente utilizados en sistemas más complejos, configurados en una o varias hileras de altavoces separados en abanico. Es común así ver arreglos con una hilera de tiro largo, una de tiro medio y otra más de tiro corto, que están diseñados para cubrir diferentes áreas de cobertura según la distancia (o tiro) a cubrir, como en el caso de la figura 4.

Arreglos de punto de destino
Un tercer tipo de arreglo de altavoces es el llamado de punto de destino, donde las trayectorias centrales de las ondas sonoras se cruzan en un punto común, como podemos ver en la figura 1C, y por ello justamente llamados de punto de destino o de fuego cruzado. Este es un arreglo generalmente poco recomendable, aunque muy utilizado en situaciones específicas. Debido a que en este tipo de configuraciones se produce una gran interacción destructiva, la respuesta de frecuencia resultante es muy irregular, en particular a alta frecuencia. A baja frecuencia, el grado de interacción destructiva dependerá por supuesto de la separación entre las fuentes.

 

 
En la figura 5 podemos ver el campo sonoro resultante de un arreglo de este tipo. Como se puede observar en estas imágenes, la respuesta a baja frecuencia (125 y 250 Hz) es muy semejante a la de un arreglo en línea o un arreglo de origen puntual, debido a la cercanía de las fuentes en relación con la longitud de onda de la frecuencia reproducida, con gran acoplamiento sobre el eje del arreglo. Sin embargo, a 500 Hz podemos ver que la cobertura sobre el eje se amplía, mientras que fuera de él, a los costados y atrás del arreglo, se crean lóbulos notorios con cancelaciones profundas. Esto nos indica que a media y alta frecuencia ocurren problemas que se manifestarán como una dispersión y una respuesta de frecuencia muy irregulares. A frecuencias más altas, de 1 kHz para arriba, las cancelaciones y lóbulos son claramente visibles y profundas. Es por esta razón que este tipo de arreglos, aunque utilizados frecuentemente, producen resultados pobres y poco satisfactorios.

Hasta ahora hemos descrito tres tipos básicos de arreglos de altavoces. Aunque existen otros tipos, estos son los más utilizados en sonorización, y sus principios fundamentales se aplican en general. En la siguiente y última parte hablaremos un poco de la historia y algunos ejemplos de sus aplicaciones en la práctica.

Luis Quiñones cuenta con 16 años en el medio del audio profesional, principalmente mezclando sonido en vivo y diseñando sistemas de sonorización. Es uno de los fundadores de Zero Phase Sound Design Consultants, donde presta servicios profesionales de audio para la industria del espectáculo y diseña sistemas para instalaciones fijas y diversos eventos.

Contacto: luis.quinones@zerophase.com.mx

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