Tutorial de Ingeniería en Audio (Parte 2)

Seguimos con los conceptos básicos de ingeniería en audio, nos ayudara a comprender el comportamiento del sonido, desde su velocidad hasta las distintas formas que optan en determinadas situaciones, es importante porque nos permite tomar las mejores decisiones de acústica tanto en estudios profesionales como en lugares abiertos.

Longitud de onda

Por lo general se presenta con la letra griega Lambda (λ). Y esta nos indica la distancia de un solo ciclo visto longitudinalmente, desde su punto inicial hasta su punto final, su unidad de medida son los metros (m) o centímetros (cm). Para los sonidos audibles para el humano la longitud de onda esta comprendida entre los 2 cm (sonidos agudos) y los 17m. (sonidos graves).

La fórmula para sacar la longitud de onda de cualquier frecuencia es: λ= v/f

Donde:

λ= es longitud de onda.

V= es velocidad de el sonido.

F= es frecuencia.

Solo por poner un ejemplo utilizaremos la velocidad del sonido a 21 ºC (344 m/s) aprovechando que es una temperatura estándar y es un número cerrado. Si queremos saber la longitud de onda de cualquier frecuencia prendemos que utilizar la formula, reverenciando la velocidad del sonido al estándar antes mencionado, a menos que se indique otra temperatura.

Ejemplo:

Longitud de onda de 100Hz, 1000Hz (1KHz), 10000Hz (10KHz).

λ= v/f   sustituimos valores   λ= 344 ms/ 100Hz= 3.44m

λ= v/f   sustituimos valores   λ= 344 ms/ 1KHz= .344m ó 34.4cm 

λ= v/f   sustituimos valores   λ= 344 ms/ 10KHz= .0344m ó 3.44cm 

Con esto podemos demostrar que las frecuencias más agudas tienen una longitud de onda menor (distancia), mientras una frecuencia grave tiene una longitud de onda mayor. Así podemos comprender el porqué las frecuencias agudas son más directivas, ya que por su longitud de onda tan pequeña no pueden cubrir grandes distancias. Y como las frecuencias graves se comportan de una manera omnidireccional, lo que quiere decir que irradian su energía con la misma intensidad hacia todas direcciones, ya que por su longitud de onda abarcan una distancia mayor.

Fase

La fase se mide en grados. Y un ciclo completo representa 360º. Donde una onda senoidal (llamada así por qué su amplitud sigue esa función trigonométricamente) empieza a los 0 grados con una amplitud 0, aumenta a su máxima amplitud positiva a los 90 grados, disminuye a 0 a los 180 grados, aumenta a su máxima amplitud negativa a los 270 grados, finalmente, regresa a 0 a los 360 grados.

Un ciclo puede comenzar en cualquier punto de su forma de onda, entonces es posible tener 2 fuentes sonoras (traductores de salida) reproduciendo la misma cantidad de información en frecuencia y con la misma dirección con respecto a sus picos de amplitud en el mismo espacio de tiempo, esto indica que ambas ondas están en fase, por lo cual obtendríamos una suma (incremento entre 6 y 10 dB).

interferencia constructiva

Y si los 2 traductores que siguen reproduciendo la misma cantidad de información en frecuencia, ahora se encontraran con una diferencia de 180º, con respecto a sus picos de amplitud (en distancia o en tiempo) se cancelarían ambas ondas.

interferencia-destructiva

Pero si ahora las dos fuentes sonoras, se encontraran reproduciendo la misma cantidad de información en frecuencia, pero con una diferencia en tiempo o distancia entre ambas, aproximadamente 90º, como ejemplo se generaría incrementos y cancelaciones parciales a lo largo de las ondas. Conocido como Comb Filtering.

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Polaridad

Nos indica hacia donde es el primer impulso de la onda, si es hacia su máxima amplitud positiva (compresión) se dice que la polaridad es positiva o correcta. Y cuando el primer impulso de la onda es hacia su máxima amplitud negativa (descompresión) se dice que la polaridad es negativa o esta invertida. Entonces la polaridad únicamente esta reverenciada hacia donde es el primer impulso de la onda. Si lo analizamos en una bocina (transductor de salida) veremos, que el movimiento de los componentes del driver (diafragma) va a tener un movimiento de desplazamiento hacia delante, cuando la polaridad sea positiva, y tendrá un movimiento de desplazamiento hacia atrás, cuando la polaridad este invertida.

Hablando de polaridad en bocinas, es importante considerar que todas deben de estar conectadas con la misma polaridad, para que todas tengan el mismo movimiento de desplazamiento, ya que con esto evitaremos desfasamiento de 180º entre ellas. Recordemos que un desfasamiento de 180º nos genera cancelaciones.

Armónicos y Timbre

Los armónicos son múltiplos exactos de una fundamental. Cuando hablamos de una fundamental nos referimos a una frecuencia cualquiera en una forma pura, onda senoidal, llamada así por la función trigonométrica SENO. Y es la forma mas simple por que consta de una sola frecuencia.

Viajera

Onda Cuadrada: es la formación de una onda senoidal, al no dejarla llegar a una máxima amplitud positiva y a una máxima amplitud negativa, cuadratizando la onda. Esto genera la exitacion de armónicos nones que dan la sensación de molestia e inestabilidad. Esta onda no existe en la naturaleza pero es fácil de reproducir.

cuadrada_194

Onda Triangular: Esta formada por rampas que suben y bajan alternadamente, y es un sonido muy similar al de la onda senosoide.

synthesis_triangle

Onda Diente de Sierra: Tiene una subida rápida y una bajada en forma de rampa o vicervesa. Y aunque no existe tampoco una forma natural, es fácil generar al frotar dos objetos, por ejemplo: el chirrido ocasionado por frotar un gis en un pizarron, o como frotar el arco sobre un violín en una forma agresiva.

onda_sierra

Envolvente Acústico

El envolvente acústico de una onda, describe la forma en que su intensidad varia. Y puede ser vista a través de una gráfica conectando los picos de la misma polaridad en una serie de ciclos.

El envolvente está formado por tres secciones: Ataque (attack), Dinámicas internas empezando por relajamiento (release), sostenimiento (sustain) y decaimiento (decay).

El attack, es la forma de como el sonido comienza a partir de un punto en reposo hasta alcanzar su máxima amplitud. Las dinámicas internas, describen las atenuaciones y las etapas de sostenimiento del sonido después del periodo de ataque. Él decay, es la forma en que el sonido regresa a su punto de reposo.

ADSR

Comportamiento del sonido

Cuando un sonido dentro de su trayectoria encuentra un obstáculo, suceden varias cosas: un porcentaje del sonido es absorbido, otro es reflejado, así mismo es refractado y si la longitud de onda es más grande que el obstáculo el sonido es difractado.

Absorción: Es la disipación en forma de calor de una energía sonora en el momento que choca con una superficie. La absorción se debe a la resistencia que presentan los materiales a la vibración de las partículas. Entonces materiales muy porosos son muy absorbentes, como el corcho, la alfombra, la fibra de vidrio, etc. Y materiales menos porosos como: el cristal, el azulejo, etc. Son menos absorbentes.

También un porcentaje de la energía sonora, sobre todo la parte aguda, es absorbido por el aire. Esto debido a la distancia que recorre el sonido y por la longitud de onda más pequeña de estas.

Reflexión: Cuando el sonido encuentra en su trayectoria una superficie mayor a su longitud de onda, este rebota cambiando su dirección. Dependiendo del tipo de superficie con el que choque el sonido, va a ser su forma de reflexión. En el caso de una superficie plana el ángulo de incidencia de 40º el punto de reflexión será con el mismo ángulo de 40º.

Difracción: El sonido puede viajar de una esquina y rodear a los objetos que se presenten en su camino. Los obstáculos pueden causar que el sonido cambie la dirección inicial de su camino longitudinal. O sea, difracción es el cambio de dirección en el viaje del sonido cuando encuentra en su camino un obstáculo. Lo efectivo que puede ser un obstáculo en difractar un sonido, está determinado por el tamaño acústico del objeto. Es decir, su tamaño con relación a la longitud de onda del sonido que lo atraviesa.

Refracción: Es el cambio del sonido por las diferencias en la velocidad de propagación de este. El sonido viaja más rápido en un medio más denso. Por ejemplo, el sonido generado en el aire al llegar a una superficie más densa como la madera o una piedra, cambia su dirección debido a la densidad del material.