Bocinas yo Guías de Onda para los VLA? El frente de onda

Bocinas y o Guías de Onda para los VLA?
El frente de onda emergente de una bocina, es determinado de su ángulo de apertura para todas las
frecuencias dadas, que por dimensiones físicas, esta en grado de controlar la directividad. El control de
directividad se realiza plenamente cuando la boca de la bocina tiene una dimensión del doble de la
longitud de onda de la frecuencia mas baja que debe controlar. En el caso de una bocina con boca de
cerca 25 cm, el control de la directividad actúa cerca de 2750 Hz. Por la tanto el comportamiento de la
bocina a 4 kHz y 8kHz desde el punto de vista de la dispersión vertical u horizontal, tiende a mantenerse
lo mismo para ambas frecuencias, dicho de otra manera: La directividad a estas frecuencias, se mantiene
según los ángulos de dispersión de la bocina.
En cambio el comportamiento de un dispositivo teórico para un VLA es comparable al de una membrana
plana, cuya emisión es para ondas planas virtualmente cilíndricas y un ángulo horizontal determinado por
las paredes de la bocina o genéricamente guía de onda que carga la membrana. Esta condición, es una
condición un poco diferente, como veremos mas adelante, es la única que no aflige a la reproducción con
efectos nocivos de la interferencia entre elementos dispuestos en una línea de sonido de cualquier tipo ya
sea derecho, curvado o la combinación de las dos.
El elemento mas adaptado para el empleo en un VLA a las altas frecuencias, no debe favorecer la
formación de lóbulos secundarios inferiores a 10 dB de diferencia con respecto al nivel de emisión
principal.
A decir verdad, la teoría (y las mediciones), una membrana plana es afectada por la emisión de lóbulos
secundarios menos que otro dispositivo que reproduzca las altas frecuencias; su nivel es siempre inferior
a 13 db respecto al lóbulo principal.
En las mediciones que efectuamos permanentemente creemos que un nivel de 10 dB menor con
respecto al lóbulo principal, es casi despreciable, así para ciertos aspectos este comportamiento índice
de directividad fuerte, pero no con tanta presión, permite ventajosas angulaciones verticales entre
elementos de un VLA especialmente si fue construido para audiencias de media profundidad.
O sea: Que si los elementos vienen angulados entre ellos en función de la cantidad y ángulo total de
cobertura vertical necesario para una dada sonorización, un pequeño rayo de curvatura de la emisión de
un solo elemento para las altas frecuencias sobre el plano vertical, deberá hacerse, si se quiere evitar
agujeros en la respuesta a frecuencias entre un elemento y otro.
También Heil, llega a la conclusión que cuando una onda sonora se sale de ser totalmente plana, en una
cantidad inferior o igual a ¼ de longitud de onda de la frecuencia mas alta a reproducir, se esta ante la
presencia de una emisión que se aproxima poco a aquella para onda plana verdadera, que tiene
ausencia de lóbulos destructivos.
Para un dispositivo que tenga que reproducir frecuencias del orden de los 16 kHz, la curvatura del frente
de onda emitido a estas frecuencias, no deberá desviarse más de 5 mm respecto a la onda plana,
cualquier dispositivo que respete, lo que mencionamos mas arriba, tendrá un nivel que siempre estará
por debajo de los 10 dB con respecto al nivel de emisión principal, hablando de las frecuencias mas altas
y para cualquier ángulo de emisión.
A continuación, analizaremos a la luz de lo anterior, la sección de un difusor de directividad constante,
cónico como es probable que se emplee en los elementos de la Figura 1 en el supuesto de que la boca
tiene una dimensión vertical de 25 cm.
Figura 1
Figura 2: Bocina “tipo” Line Array full space 8 kHz Figura 3: Guía de Onda Line Array full space 8 kHz
A 8 kHz el elemento que emplea una bocina para las altas frecuencias, Fig. 2, los lóbulos secundarios
verticales evidencian un nivel muy alto con respecto a lo que es visible en el grafico de la Fig.3. que usa
una guía de onda plana .
Esto es porque en una bocina con boca de dimensión media como aquella representada en la Fig.1, el
sonido no se propaga para ondas planas (como sostiene la teoría de las fuentes lineales) o de cualquier
manera con curvatura muy contenida en la boca como sugiere Heil, sino en el ángulo sólido de emisión
para la cual la bocina fue proyectada.
Sigamos entonces con el análisis de la Fig. 1 que presumiblemente emplea una bocina cónica de
directividad constante, y asumamos que su boca tiene una dimensión vertical de 25 cm.
Figura 4
Podemos notar como desde la garganta a la boca, manteniendo un ángulo de apertura de 15º de
proyecto, el desarrollo de la bocina es de 81,3 cm, no obstante su gran longitud el “arco” producido en la
boca de la bocina supera ampliamente los 5 mm requeridos que necesitamos para evitar lóbulos
secundarios de muy alto nivel, como ya describimos mas arriba.
También digamos que una bocina así larga no es fácilmente colocable en una caja de dimensiones
contenidas, como lo es una caja de Line Array, en general ningún fabricante usa tanta profundidad en las
mismas para una dispersión de 15º, hay algunas formas de acortarla, como el de la figura 5.
Figura 5
La técnica ejemplarizada en la figura 5, consiste simplemente en angular las paredes de la bocina desde
la garganta del driver, hasta la garganta de difracción rápidamente, a fin de obtener la profundidad
deseada, y desde la garganta de difracción en adelante, abrir el ángulo de dispersión deseado en este
caso 15º , en modo que sea respetada la dimensión de la boca.
Esta operación, como aparece en el diseño es muy simple, mas no indolora, ya que puede alterar la
propagación del sonido en el interior de la bocina, con daños graves en la respuesta de frecuencias y
aumento de la distorsión, por vía de la desadaptación de impedancia en la garganta de difracción, de la
cual emerge un ángulo elevado de curvatura (51,5º) que debe reducirse inmediatamente a un frente de
onda con un ángulo de cobertura mas contenido (15º), esto, en sustancia tiene un comportamiento que
reduce la expansión del volumen del aire contenido en las paredes de la bocina, que no respeta el andar
necesario para una correcta conicidad.
Hay para este problema soluciones de compromiso, que en parte lo resuelve, con dispositivos
considerados” refractores” insertos en el interior de la bocina, cada fabricante hace lo suyo, algunos con
mas éxito que otros, pero no se trata aquí de cómo realizarlos, ya que escapa al tenor del articulo, pero no
queremos dejar de hacer notar, que pese a la complejidad de la realización para el proyectista, este
modelo no garantiza tampoco los 5mm que el “arco” del frente de onda debe tener en la boca de la
bocina.
Sin entrar en detalle en cuanto al proyecto de la bocina en si, esto hace entender que el problema no
reside en el largo de la bocina misma, que es una consecuencia, sino en el ángulo elegido de dispersión
vertical en relación a la apertura de la boca. Entonces para obtener un desplazamiento en el “arco” del
frente de onda en la boca de la bocina de solo 5 mm (de curvatura) , el ángulo de dispersión de la bocina
es inequívoco y debe ser de 9º como aparece en el siguiente diseño de la figura 6.
Figura 6
En este punto, cualquiera que tenga nociones básicas de geometría, se dará cuenta que para resolver el
problema y lograr un desplazamiento máximo de 5mm en la boca de la bocina en la curvatura del frente
de onda de emisión, bastaría con acortarla, ¡Es Verdad!
Pero, hay una cuestión más importante que el efecto de dicho acortamiento (ver Figura 7)
La dimensión de la boca se reduce drásticamente, mientras que el largo no tanto y la interferencia que
antes se verificaban en altas frecuencias por vía de los lóbulos secundarios muy altos con respecto al
lóbulo principal, de emisión, se depositan en las frecuencias medias con daños audibles mas grandes, por
vía de la reducción importante que la diminuta dimensión de la boca provocara sobre el control de la
directividad (en el caso de la boca de 16 cm se realiza a partir de 4300 Hz) en definitiva: Reduciendo la
dimensión de la boca de la bocina aumenta la difracción a las frecuencias medias y entonces para
resolver un problema en las altas frecuencias se crea uno mas grave y no resolvible en las frecuencias
medias.
En conclusión: No se es en modo brillante, pero, como ya se comento mas arriba, solo con complicados y
no del todo eficientes dispositivos en el interior de la bocina, se puede lograr un resultado mas o menos
bueno.
Obviamente hay otros métodos para resolver en modo mas eficaz estos problemas, y algunos fabricantes
han sabido “encontrarlos” y “aplicarlos” creando dispositivos para las altas frecuencias “bien adaptados”
para el empleo de los modernos VLA en vez de la simple “bocina” pero como el desarrollo del presente
articulo es “Hacer entender” el funcionamiento practico de los VLA y no las diferencias cualitativas entre
realizaciones diversas, dejamos al lector descubrir cuales son estos requisitos, para que sean definidos
como verdaderos VLA.
Figura 7
Hasta la próxima……………………………………….Tony Ghilardi
Bibliografía
Guido Noselli VLA