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Compañeros de audio, hablemos de la ganancia del sistema de una manera 'reglamentaria'

2025-05-29
   En los primeros días del mundo PA, obtener ganancia de sonido usando altavoces y amplificadores era un trabajo arduo. En aquel entonces, cuando una etapa de potencia alcanzaba 100W o incluso 150W, ¡conectarla a un altavoz era un verdadero monstruo! Es decir, lo principal de lo que se hablaba era cuántos vatios tenía, no el estándar actual de ganancia de presión sonora.
   Hoy, los amplificadores de 100 vatios ya no son la corriente principal. Los procesos de fabricación de alta tecnología de los altavoces han penetrado en el círculo del consumo, con amplificadores de 1000W e incluso más vatios. Con la tecnología industrial actual, el problema de la ganancia se puede obtener fácilmente si se tiene suficiente presupuesto. Sin embargo, cuando las reglas del juego se establecen, la comprensión conceptual de las personas no se actualiza simultáneamente; a menudo se produce una brecha de conocimiento, especialmente aquí donde no somos una unidad de declaración de especificaciones y debido a problemas de lenguaje, la tasa de "User Bug" es aún mayor.
   Hoy, en nuestro círculo del audio, ¿cuántas personas utilizan la regla física y matemática de los logaritmos eléctricos para calcular la cantidad de altavoces necesarios en el lugar o la ganancia del amplificador? Casi siempre se determina la cantidad aproximada de altavoces por precio. Este problema nunca se ha discutido seriamente abiertamente. Ahora, comprendamos la capacidad de nuestro propio sistema de una manera reglamentaria.
   Prefacio
   Configurar un sistema de refuerzo de sonido es algo que muchas personas no logran comprender plenamente. Hay grandes razones por las que se necesita apoyo en la transmisión del sonido. La conversación cara a cara es directa y clara, pero ¿y si estamos a 30 metros de distancia? Para hablar de manera relajada y clara, se necesita apoyo. ¿Con qué? Con un sistema electroacústico, utilizando equipos electrónicos para extender la escucha necesaria en el lugar. Esto requiere algunos cálculos de combinación de equipos de sonido. (Como es habitual, evitaremos las matemáticas tanto como sea posible para hacer el artículo más interesante. Los datos que introduciremos aquí son leyes físicas existentes y la característica logarítmica comparada del oído humano, no algoritmos nuevos como los de "arrays").
   ¿Cuánta ganancia necesitamos?
   Un buen Sound man siempre puede establecer claramente el sistema de sonido para su show, comprendiendo cómo funciona todo el SPL de principio a fin. Solo así podrá manejar los altibajos del programa musical durante la actuación. Sin este valor de presión sonora previamente establecido para la operación del sistema, descubrirá que siempre está por debajo o incluso excede las especificaciones de ganancia total requerida por todo el sistema. Desafortunadamente, esta situación es bastante común en el círculo.
   Es importante tener en cuenta: nunca fuerce un sistema con condiciones de ganancia de sonido insuficientes. No solo se dañará el equipo, sino que sus propias habilidades técnicas serán cuestionadas. Además, cuando la ganancia total de sonido supere los requisitos nominales del lugar, el sound man en el panel podrá disfrutar del proceso de manera relajada y feliz.
   Supongamos un escenario de trabajo: en un entorno de lugar interior de tamaño mediano (un escenario común que todos enfrentamos), deseamos tener una presión sonora de programa musical normal de 95dB desde el altavoz hasta la posición del oyente. Su pico dinámico relativo sería de 101dB, y luego agregamos el pico dinámico deseado de 10dB (Head Room) para satisfacer la demanda de presión sonora dinámica instantánea de la actuación en vivo.
   Todos sabemos que la radiación del sonido del altavoz se dispersa de manera similar a una esfera. La atenuación desde el punto de origen del sonido con la distancia es proporcional al cuadrado de la distancia. Según este valor de conversión de medición, cada vez que la distancia se duplica, el nivel de presión sonora se reducirá en 6dB (nota: este método de conversión no es aplicable a arrays verticales).
   Supongamos también que la consola de sonido está montada a 80 pies. La sensibilidad del altavoz se refiere al valor estándar de prueba obtenido inyectando 1W a 1 metro, según la norma internacional AES (Audio Engineering Society). La fórmula para la pérdida de nivel debido a la distancia es:
   Fórmula 1
   Pérdida de presión sonora por distancia = 20log(distancia en pies / 3.3)
   Pérdida de presión sonora por distancia = 20log(distancia en metros)
   La primera línea de la Fórmula 1 es para convertir pies a metros si la distancia se mide en pies. Ahora, sustituyendo nuestros datos supuestos (¡no olvide la calculadora de ingeniería!), usando la "Fórmula 1", 80 pies se convierten aproximadamente en 24.242424... metros, es decir, 24 metros. Luego, tomamos el logaritmo (log) de 24 metros, el valor obtenido es 1.38457... Multiplicado por 20, la respuesta final es 27.6915..., que redondeado es 28dB.
   Por lo tanto, la historia nos dice: una distancia de 80 pies (24 metros) entre la posición del oyente y el punto de origen del sonido resultará en una pérdida de presión sonora de 28dB. ¡Bien! Sumemos el pico dinámico supuesto anteriormente de 101dB, más el pico dinámico predeterminado de 10dB, más la pérdida por distancia de 28dB: 101dB + 10dB + 28dB = 139dB. En este punto, sabemos que desde la consola de sonido hasta la posición del altavoz, su SPL máximo necesita ser de 139dB. Por supuesto, si algún altavoz pudiera producir 139dB a 80 pies desde su posición original, un solo altavoz bastaría. Sin embargo, la tecnología aún no está tan avanzada, por lo que debemos elegir obedientemente un altavoz que pueda satisfacer la presión sonora máxima nominal de 139dB medida a 1 metro @ 1W según el estándar AES mencionado, y luego aumentar la cantidad de altavoces de esta especificación. Esta es la razón por la que los altavoces principales necesitan ser tan numerosos. ¿Entendido?
   Los altavoces principales que se usan hoy en día casi nunca son de vía única (rango completo), la mayoría son de tres vías (3way), divididos en rangos de alta (HF), media (MF) y baja (LF) frecuencia.
   Las especificaciones de potencia nominal mínima declaradas por AES para cada rango de frecuencia son:
   Rango del altavoz —— HF —— MF —— LF
   Valor 1W@1m —— 112dB —— 109dB —— 103dB
   Valor nominal de potencia AES —— 200W —— 400W —— 1000W
   Valor SPL máximo calculado —— 141dB —— 141dB —— 139dB
   Cálculo del MAX.SPL (presión sonora máxima) del altavoz:
   Supongamos un altavoz de cierta marca con una sensibilidad (1W@1m) de HF 112dB, MF 109dB, LF 110dB. Podemos usar esta fórmula para calcular su presión sonora máxima (1W@1m).
   Fórmula 2:
   Presión sonora máxima = Sensibilidad del altavoz 1W@1m + 10log(Potencia nominal mínima declarada AES) + 6dB de pico
   SPL = Altos 112 + 10log(200W) + 6dB
   SPL = 112 + 23 + 6
   SPL = 141dB
   En la calculadora de ingeniería, se puede escribir todo seguido para ver el valor total. En una calculadora comercial normal, primero se puede calcular el log (logaritmo) de 200W para los agudos, su valor multiplicado por 10 = 23.010299..., más 112dB = 135.0102..., más el factor de pico de 6dB. El componente de agudos de este altavoz es de 141dB, superior a la condición requerida de 139dB.
   Aquí se puede ver una matemática muy útil: la fórmula para convertir cualquier potencia de etapa posterior a decibelios-vatios (dBW):
   Fórmula 3:
   10log(vatios)
   El componente de medios también se calcula usando la Fórmula 2. Sin embargo, el SPL del componente de bajas frecuencias está por debajo del estándar, por lo que se debe agregar el doble de la cantidad de altavoces de graves con la misma respuesta de frecuencia para cumplir con este estándar de presión sonora supuesto.
   La segunda forma es reducir la energía de los rangos medio/agudo para igualar la presión sonora de toda la banda de frecuencia, lo que relativamente significa reducir el valor estándar de presión sonora previo.
   Reducir la presión sonora de 141 dBSPL a 139 dBSPL no es solo un asunto de 3dB. Artículos anteriores mencionaron que, debido a que la característica de cambio de volumen del sonido para el oído humano es de +-3dB, este cambio de 3dB ya implica una variación de potencia de +-10 veces en el amplificador de potencia.
   Lo anterior se hizo como ejemplo con una configuración de 8 ohmios. En aplicaciones de inversión reales, casi todos usan conexión en paralelo a 4 ohmios, lo que significa conectar dos altavoces a un lado del amplificador. Veamos cómo difieren. Un altavoz de agudos de 112dB, más otro, sería 115dB.
   10log(10^(112/10) + 10^(112/10)) = 115
   Además, cuando un amplificador de 200W está a una impedancia de 4 ohmios, generalmente aumenta la energía en un 75%. No puede ser del 100% debido a factores como los requisitos de potencia eléctrica y la pérdida en la línea, por lo que se convierte en aproximadamente 300W para impulsar estos dos altavoces de agudos.
   Sustituyendo en la Fórmula 2:
   Presión sonora máxima = Sensibilidad del altavoz 1W@1m + 10log(Potencia nominal mínima declarada AES) + 6dB de pico
   MaxSPL = 115dB + 10log(300) + 6dB
   MaxSPL = 115 + 24.7 + 6
   MaxSPL = 145.7 = 146dB
   Este resultado satisfará nuestro estándar supuesto de presión sonora. Sin aumentar la potencia del amplificador de etapa posterior, la presión sonora aumenta. Entonces, ¿qué es diferente? Hemos aumentado la cantidad de altavoces, y lo más importante es que cada amplificador de etapa posterior está consumiendo el doble de corriente. Lo más importante a tener en cuenta es la protección térmica. Muchos amplificadores de etapa posterior, cuando la temperatura aumenta, a menudo se apagan o colapsan automáticamente, reduciendo la potencia de salida para que la temperatura del circuito baje rápidamente. Este es un problema.
   OK, volviendo al contenido anterior de 8 ohmios, las personas entendidas ya saben que para tener una sensación de presión sonora el doble de grande, se necesita una diferencia de casi 10dB para sentir la diferencia.
   Por lo tanto, seamos más prácticos. Aquí explicamos, estimados lectores, que ya conocemos los valores SPL máximos de cada rango de frecuencia del altavoz de cierta marca mencionado anteriormente. Ahora debemos seleccionar amplificadores con la potencia adecuada. Usemos esta fórmula para calcular el valor nominal de potencia para cada rango de frecuencia:
   Fórmula 4:
   dBW = Pico de presión sonora - Sensibilidad del componente de rango + Pérdida por distancia
   El (pico de presión sonora) en la fórmula es el pico dinámico previamente supuesto de 101dB (95dB para escuchar + 6dB de pico dinámico), y luego agregamos el margen dinámico deseado de 10dB (Head Room), por lo que 101dB + 10dB = 111dB. La sensibilidad del componente de rango es el valor 1W@1m de cada componente dentro del altavoz. La pérdida por distancia es el valor de pérdida de presión sonora de 28dB calculado anteriormente para 80 pies (24 metros). Ok, ahora introducimos los valores de cada rango de frecuencia para calcular su requerimiento de potencia:
   Alta frecuencia (111dB - 112dB) + 28dB = 27dBW.
   Frecuencia media (111dB - 109dB) + 28dB = 30dBW.
   Baja frecuencia (111dB - 103dB) + 28dB = 36dBW.
   Convertir dBW de nuevo a vatios, como se puede ver en la tabla adjunta, revela algunas pistas:
   Alta frecuencia 27dBW = 500W
   Frecuencia media 30dBW = 1000W
   Baja frecuencia 36dBW = 4000W
   Después de organizarlo, vemos una diferencia: los datos de la parte de graves necesitan mucho refuerzo. Podemos usar múltiples etapas posteriores de 1000W con altavoces de graves, o el método de 4 ohmios mencionado anteriormente para alcanzar el estándar supuesto. Después de leer este artículo, también obtenemos algunas fórmulas matemáticas simples. Pueden ayudarnos a calcular cuánta presión sonora necesitamos en la planificación previa, el valor dinámico a usar, etc. Pueden ver las especificaciones de sus propios altavoces principales. Tomando como ejemplo mi propio MARTIN VRS-1000:
   1m@1W=106dB, uso una etapa posterior de 1000W, entonces 106 + 30 = 136dB
   A 1m de distancia. Luego, si uso el método de conexión normal de 4 ohmios, obtendré 109 + 31.5 = 140.5dB (a 1m de distancia).
   El propósito de este artículo es que todos puedan comprender cuánta energía pueden tener sus equipos de etapa posterior y altavoces. Esto aún no incluye lo que se considera agradable o no al escuchar. Esto es solo la etapa posterior y los altavoces. Extendiéndose hacia adelante está la parte de la etapa previa. ¿Dónde deben ajustarse? ¿Cuál es el estándar? Todo esto es lo que se debe ajustar y comprender después de establecer un sistema.
  Mixing Console & Processors (Consola de mezcla y procesadores)
   El nivel de salida de la consola de mezcla y los niveles de señal entre los procesadores posteriores. Finalmente, al conectar con el amplificador posterior, debe comprender claramente que la señal de sonido combinada por la consola de mezcla, su nivel de señal, en qué indicación su amplificador posterior alcanzará la carga completa, y en qué indicación el amplificador alcanzará su corte máximo de pico. Esto es extremadamente importante.
   Las consolas de mezcla generales pueden manejar niveles de salida entre +18dBu e incluso +24dBu. En términos simples, si usa un nivel general de +4dB, (1.23V) = 0VU; además, si su equipo de procesamiento digital está a -18dB (dBFS) o -20dB (dBFS) = +4dBu, en relación, si su amplificador está configurado para carga completa a 0.775V o 1.4V, comprenderá claramente en qué rango opera todo el amplificador. Por lo tanto, es muy importante poder comprender y definir el corte de pico del amplificador, y la ganancia del amplificador entre valores de decibelios y voltaje.