Principios básicos del funcionamiento de un sistema Line Array

Jorge, un lector del blog ha dejado un comentario en mí artículo "Construcción de una caja acústica" donde pregunta: "sería posible conseguir un modelo de cajas acústicas line array y explicar su ingeniería desde el punto de vista del rendimiento del sonido".

A modo de pequeña introducción diré que cuando se desea sonorizar sitios más o menos grandes tanto en espacios abiertos como cerrados nos podemos encontrar con el problema de las reflexiones en superficies cercanas, sobre todo en recintos cerrados, pudiéndose reflejar el sonido en los techos produciendo reverberaciones y sonidos indirectos que en ocasiones pueden ser más fuertes que el sonido directo que proviene de los altavoces.

Para evitar esta clase de sonidos indeseados se intenta conseguir una configuración en la distribución de los altavoces tratando de dirigir el sonido hacia donde nos interesa, esto es, hacia el público y no hacia los otros elementos que nos puedan producir distorsiones, en definitiva, tratamos de intentar obtener una mayor directividad.

Para ello los altavoces se agrupan en columnas o disposición vertical también llamados line-array.

La principal ventaja de este método de agrupación de altavoces es que se consigue una gran directividad en el plano vertical, ya que en este plano se reduce el ángulo de cobertura a la mitad cada vez que doblamos el número de altavoces, manteniendo a su vez el mismo ángulo de cobertura en el plano horizontal, con ello conseguimos dirigir el sonido hacia donde nos interesa.

Arriba ángulos de cobertura en el plano vertical, abajo en el plano horizontal.

Otra de las cualidades que poseen estos sistemas es cómo distribuyen el sonido y cómo afecta eso al nivel de presión sonora conforme nos vamos alejando de la fuente de sonido.

Para intentar entender mejor esto hay que diferenciar entre fuentes de sonido puntual (por ejemplo un solo altavoz), y fuentes de sonido lineal (como puede ser una agrupación de altavoces en columna -line-array-).

En las fuentes de sonido puntual el sonido se aleja en forma de ondas esféricas por lo que cuando duplicamos la distancia entre el oyente y nuestro único altavoz el nivel de presión sonora se atenúa 6 dB debido a que la superficie que tiene que irradiar el altavoz a esa distancia aumenta conforme nos vamos alejando, siendo esta superficie igual al cuadrado de la distancia que separa al oyente del altavoz, (se podría decir que al disminuir 6 dB nuestro oído lo percibe como si hubiéramos bajado el volumen a la mitad).

Propagación del sonido en una fuente puntual.

Sin embargo con la columna de altavoces la fuente de sonido es lineal por lo que el sonido no se aleja en forma de ondas esféricas como en el anterior caso, sino que lo hace en forma “cilíndrica”, de tal modo que al duplicar la distancia entre nuestra columna de altavoces y el oyente, la superficie que tiene que irradiar los altavoces ya no crece con el cuadrado de la distancia como antes, sino de forma más lenta, (recordemos que el ángulo de cobertura se ha estrechado por arriba y por abajo), con lo que la directividad es mayor, consiguiendo una atenuación de 3 dB.
 

Propagación de sonido en una fuente lineal.

De este modo partiendo de una misma potencia, si agrupamos los altavoces en una columna o line-array, podemos cubrir más distancia y llegar más lejos con unos niveles de presión sonora aceptables más que con un sistema tradicional, o dicho de otra forma, con menos potencia la gente que está más alejada del escenario seguirá escuchando la música lo suficientemente alto como para escucharla bien.

En resumen, que cuando nos vamos alejando duplicando la distancia, el nivel de presión sonora va atenuándose 3 dB con un sistema line-array, en contraposición de los 6 dB que se atenúan con un sistema tradicional, reduciéndose así las perdidas.

Nota, espero haber resuelto tu pregunta ya que hace mucho tiempo que estudié esto y ya no tengo los conocimientos tan frescos como antes.

Contrucción de una caja acústica (bafle)

Después de construir el amplificador podemos optar también por armar nuestra propia caja acústica o bafle que vaya acorde con el diseño del propio amplificador. 

A la hora de dimensionar y construir un bafle hay que tener en cuenta algunos parámetros como el tipo de caja, abierta, de compresión, de tipo bass-reflex, por ejemplo, este último está indicado para reforzar más los graves, el volumen interior de la caja..., y otros muchos aspectos de los cuales desconozco, pero como mi intención no era más que construir simplemente una caja acústica sin entrar en demasiados detalles, a partir del diámetro de los altavoces de los que disponía, opté por buscar bafles comerciales con altavoces similares y a partir de sus características y dimensiones construir el mio. 

En este caso disponía de dos altavoces, el primero de 4 pulgadas y 1 vatio de potencia, y el segundo de 2 pulgadas y 0,5 vatios, ambos de 8 ohmios de impedancia. 

Antes de nada, una cosa interesante es saber el porqué de albergar los altavoces dentro de cajas, la explicación es sencilla, el sonido en esencia se produce mediante la compresión del aire que produce una fuente de sonido cuando vibra, un altavoz se basa en que genera el sonido mediante la vibración del cono el cual es movido por una bobina que está conectada al amplificador. 

El cono produce la vibración moviéndose hacia adelante y hacia atrás, y como este tiene dos caras, ambas producen una compresión del aire que tienen alrededor cuando avanza a su respectivo lado, pero, por ejemplo, si se mueve hacia adelante, la parte de adelante del cono empuja el aire que tiene enfrente comprimiéndolo, sin embargo, en la parte de atrás del cono como este avanza con respecto al punto de reposo del cono, en vez de producir una compresión se produce una depresión del aire, por lo que podría decirse que el aire que es empujado por delante es absorbido por la parte de atrás en la que se genera un pequeño "vacío", haciendo que el sonido se propague peor y esto haría que se escuchara más bajo de lo que debería, en resumidas cuentas, esto produciría que la onda sonora que se genera por delante se anule en parte con la onda de amplitud negativa que se genera por detrás. 

Este efecto se puede notar muy fácilmente con unos auriculares poniendo el volumen al máximo, si los sujetamos solo por el cable apenas suenan y se escucha con un tono muy agudo, pero si los cogemos con la mano solo por la parte de atrás formando con estas una especie de cuenco como si fuéramos a beber agua a una fuente cerrando los bordes de la manos entorno a los auriculares, notaremos que el sonido es más fuerte y grave, precisamente porque una parte del sonido queda atrapado y absorbido en el interior del hueco que hemos creado con nuestras manos y no se anula el sonido de la parte delantera. 

Pero siguiendo con la construcción, una vez que tengamos los altavoces y teniendo claro cuál va a ser el tamaño del mismo lo siguiente es elegir el material, lo común es la madera, en este caso he optado por la madera de contrachapado aunque se pueden usar otros tipos de maderas.

Cuando esté marcado en la madera las partes que componen la caja las recortaremos y las uniremos con cola blanca u otro adhesivo, si las uniones entre las partes no quedan bien ajustadas para tapar las juntas podemos usar masilla, después una vez seco se lija y quedará liso. 

 

Masilla tapando juntas

Después he colocado el tubo del bass-reflex cuya función es aprovechar parte de la energía sonora que genera la parte de atrás del altavoz para reforzar las frecuencias de los sonidos graves. 

En este caso he empleado un pequeño tubo de cartón, aunque he elegido al azar el tamaño del tubo existen fórmulas para calcula de forma muy precisa su longitud y la superficie que debe de tener, así que el que quiera profundizar más en este aspecto dejo una enlace para realizar los cálculos. 

Una vez pintado y barnizado el exterior (o como más nos guste) he unido los altavoces a la caja con adhesivo de contacto, y a continuación forré el interior con un material que absorbiera el sonido para evitar que las ondas sonoras se reflejen y reboten en el interior creando distorsiones reduciendo la calidad del sonido.

Este material puede ser fibra de vidrio o de poliester, en nuestro caso como no va a ser para uso profesional cualquier material de los de andar por casa valdrá como el corcho blanco o materiales similares que se usen para el embalaje.

Una vez todo montado se realizan las conexiones de los altavoces conectándolos en paralelo y de estos a un conector para la conexión con el exterior.

Por último se coloca la última de las caras de la caja cerrándolo.

Patas de apoyo con goma en la parte inferior

 

Orificio de bass-reflex y conector RCA