UNIDAD DE TRABAJO Nº3. SISTEMAS DE REFUERZO SONORO Y MEGAFONÍA UNIDAD DE TRABAJO Nº3.2. Sonorización con Amplificación y Control Distribuido Introducción. Con este sistema de sonorización podremos ver los diferentes métodos que más se emplean dentro de la “sonorización ambiental”, la “megafonía” y la “emisión de avisos generales” y “direccionables”. Estudiaremos los “conceptos básicos” y la “descripción de equipos y materiales utilizados”, así como “algunas aplicaciones típicas” dentro de dichos sistemas, con el fin de tener un criterio claro sobre qué es y cómo funcionan las distintas instalaciones de sonorización ambiental y megafonía con emisión de avisos y las diferentes posibilidades que permiten. 3.1. Diferencias entre la Sonorización Ambiental, Profesional y la Megafonía. Sonorización Ambiental. Es aquella que se utiliza para sonorizar viviendas, oficinas y diversas áreas de pequeños negocios. Sonorización Profesional. Se utiliza para sonorizar grandes instalaciones (tanto interiores como exteriores), como hoteles, polideportivos, colegios, piscinas, supermercados, mítines, etc. La Megafonía. Consiste en transmitir generalmente el aviso o mensaje desde un punto determinado (central), a otro, u otros, llamados zonas; con un nivel sonoro acorde al tipo de instalación donde ésta se encuentre ubicada (sonido ambiental o profesional), generalmente con un nivel sonoro algo más elevado para que tenga una mayor cobertura e intensidad en su difusión. La diferencia entre sonorización ambiental y profesional está clara, la primera trata de transmitir la música a un nivel sonoro suave, acorde al entorno o ambiente donde se emite; a diferencia de la segunda, que consiste en transmitir generalmente los eventos deportivos, musicales o políticos, sin descartar los mensajes o los avisos en grandes superficies, tanto interiores como exteriores, a un nivel sonoro mucho más elevado para que tenga una mayor cobertura en su difusión. 1 3.2. Sistema de Amplificación y Control Distribuido. Para solucionar los problemas que presentaban las instalaciones de sonorización centralizada se desarrollo a mediados de la década de los setenta un “sistema modular” de amplificación y control distribuido que se basa en el principio de “sonorizar instalando cada punto de sonido con su propio amplificador de pequeña potencia”. Figura 3.2. Figura 3.2. Diagrama de bloques de un sistema de amplificación y control distribuido Ventajas: • • • • • • • • • • • Pueden conectarse independientemente uno o varios puntos de sonido sin que ello afecte al resto de la instalación, que puede permanecer desconectada. Presentan bajas pérdidas de potencia en líneas de distribución. Los cálculos de la instalación son prácticamente inexistentes. Tienen baja distorsión dentro del espectro de audio. La disipación de calor es escasa, ya que la potencia se genera en el lugar en el que es requerida. La regulación y el control del nivel en cada punto sonoro es sencilla, eficiente, y puede realizarse con potenciómetros normales de carbón o mediante controles electrónicos. En cada punto sonoro puede seleccionarse un canal de música diferente para la audición, con independencia del resto de la instalación. La instalación se puede ampliar indefinidamente. En caso de avería de un punto de sonido, no afecta al resto de la instalación, lo que permite su localización y reparación fácilmente. Presenta una gran ventaja sobre las demás instalaciones, ya que con un solo mando de regulación permite controlar varios amplificadores de potencia e infinidad de altavoces sin tener que realizar cálculos de adaptación de impedancia o de potencia. La instalación de sonido se concibe como un sistema integrado de sonorización el cual puede realizar las siguientes funciones: 2 ¾ Transmisión de uno o varios canales de música ambiental, en monofonía o estereofonía. ¾ Emitir avisos, llamadas, señales de alarma, de forma general como direccionados por zonas o individualmente. ¾ Conexión de auriculares para escucha individual. ¾ Conexión de un micrófono u otra fuente auxiliar de sonido en una estancia que permita usar la instalación de sonido como un sistema de sonorización independiente de la distribuida por los diferentes canales. ¾ Intercomunicación entre varias zonas (interfonía). 3.3. Constitución del Sistema. 3.3.1. La central de sonido. Es el “eslabón esencial” entre las fuentes de sonido y la instalación de música ambiental. Se encarga también de adaptar una señal o todas las señales sonoras procedentes de una o varias fuentes de sonido para ser distribuidas por el resto de la línea general de la instalación. Figura 3.3.2 Página 6 (modelo 4012 de 50W de potencia). La central de sonido “no es un amplificador de potencia”. Normalmente, la señal sonora se distribuye por dos hilos (canal derecho e izquierdo respectivamente) y masa, aunque en instalaciones monofónicas se suele utilizar sólo un canal. La distribución de la señal sonora presenta unas “características” que la hacen muy diferente e innovadora, como son: a) Muy baja impedancia (del orden de algunas décimas de ohmio, 0,1Ω), “características derivadas”: • Alta inmunidad al ruido externo, permitiendo que esta línea pueda estar constituida físicamente por cables eléctricos normales de baja sección (mínima 0,25mm2), sin necesidad de apantallamientos que permitan su instalación, incluso entubada, junto con la instalación de la red eléctrica de 220V. • Posibilidad casi ilimitada de conexión de elementos activos a la línea. • Muy bajo nivel de pérdidas de transmisión de la señal (no hay pérdidas de potencia en la instalación). • Respuesta en frecuencias muy amplia. • Se instala la potencia necesaria en cada zona. b) Nivel de salida estandarizado de algunos voltios (3V eficaces). Esto nos proporciona una alta inmunidad al ruido y la posibilidad de conectar cualquier tipo de módulo que respete dicho estándar sin ningún tipo de adaptación. Las centrales de sonido también desempeñan la función de alimentar en baja tensión (16V) al resto de la instalación, a través de dos hilos de alimentación (+ y -, respectivamente) que tengan una sección mayor de 1mm2. 3 Igualmente, se realiza el telecontrol de la fuente de sonido exterior de música, de tal manera que dicho equipo se conectará automáticamente cuando desde alguna estancia se accione el mando regulador de sonido (volumen). Cuando todos los mandos de la instalación están desconectados, el equipo musical permanecerá asimismo desconectado, con el consiguiente ahorro de energía. Para una instalación estándar de música ambiental (un canal en estéreo), llevaremos una línea por toda la instalación de cuatro hilos (dos de alimentación, hilos 2 y 4, y dos de señal, hilos 5 y 6). c) Los mandos también desempeñan otras funciones, dependiendo de su utilización les permiten realizar las siguientes tareas: • Conexión automática para recibir una señal de aviso, alarma o mensaje con carácter prioritario sobre la música que se esté emitiendo. • Regulación tonal, con controles de graves y agudos. • Salidas de auriculares. • Versiones monofónicas y estereofónicas. • Selección de varios canales musicales (cuatro canales). El control y la regulación de la señal de audio se realiza antes de su amplificación en potencia. En la Figura 3.3.1. aparece el diagrama general de bloques de un mando regulador donde se han representado las diferentes funciones que puede realizar éste. 4 Figura 3.3.1. Diagrama de bloques de un mando básico que recoge las diferentes funciones que se pueden encontrar en éstos 3.3.2. Tipos de mandos reguladores. a) Sistema de placa compacta. Se integran en un único módulo el mando regulador de sonido, el amplificador monofónico de pequeña potencia (1W, que puede conectarse tanto a instalaciones mono como estéreo), además de incorporar en la misma placa un altavoz de 4”. Recomendado para habitaciones de pequeño tamaño o para habitaciones con muy bajo nivel de ruido. Su instalación es rápida y sencilla, ya que sólo precisa empotrar un único módulo. Figura 3.3.2. Página 6 (modelo 4411). b) Mando amplificado más altavoz. Hay que instalar, por un lado, el mando amplificado y, por otro, el altavoz o altavoces de 8”. Son adecuados para instalaciones exclusivamente de música ambiental y para aquellas habitaciones en las que no se requiera un elevado nivel sonoro. Los mandos amplificados presentan la ventaja frente a las placas compactas de que se encuentran en versión estereofónica y que se pueden 5 instalar altavoces de mayor tamaño (8”) empotrados en el techo, que, con la “misma potencia”, permite obtener una calidad de sonido mucho mayor. Presentan algunas prestaciones más, como entrada de walkman, la salida de auriculares y el control automático de loudness. Figura 3.3.2. Página 6 (modelo 4161 mono, modelo 4162 estéreo). c) Mando regulador más plafonera. Tendremos que instalar el mando regulador y las plafoneras (conjunto que alberga el amplificador y el altavoz de 8”), que normalmente se encuentran empotradas en las paredes o en el techo. Cada sistema de plafonera proporciona 3W de sonido, y pueden conectarse a un mismo mando tantas plafoneras como se desee. Es la “solución óptima de sonorización”. Se recomienda instalar para sonorización doméstica una plafonera cada 16m2 de superficie, separadas unas de otras 4m aproximadamente, y para una altura al techo máxima de 3m. Existen plafoneras en mono y en estéreo. Figura 3.3.2. Página 6 (modelo 4111, plafonera modelo 4211 mono y 4221 estereo). d) Mando regulador más plafonera de 5W. Es similar a la anterior, pero conectando un conjunto de amplificador modelo 4621 y un altavoz pasivo modelo 4711, en lugar de cada plafonera. Obtenemos puntos de sonido de 5W de potencia, particularmente indicados para su instalación junto con el mando HI-FI. Así se puede obtener una reproducción óptima de los tonos graves y agudos muy apta para la escucha de alta calidad. Se usa para la sonorización de las superficies más grandes de la casa, como el salón, el comedor, el despacho, etc. Figura 3.3.2. Página 6 (modelo 4181, plafonera modelo 4621+4711). 6 Figura 3.3.2. Instalación de música ambiental básica para viviendas y pequeñas áreas de negocios 7 e) Mando regulador, más etapa de potencia, más difusores acústicos. En la sonorización de grandes superficies es preferible el uso de una etapa de potencia conectada con una serie de difusores sonoros (altavoces, columnas acústicas o bocinas exponenciales). Existen etapas de potencia desde 8 a 120W; se puede conectar a un mismo mando cualquier número de etapas de potencia. Las ventajas que presentan estos mandos son: • La adaptación amplificador-altavoz es perfecta y directa, utilizando pocos metros de cable entre ambos elementos. • Se instala la potencia necesaria en cada zona. • La calidad del sonido depende sólo del altavoz que coloquemos y de su ubicación. • El control y la regulación que realizan los mandos se efectúa antes de su amplificación en potencia. Por tanto, los mandos trabajan con pequeña señal, con procedimientos electrónicos, lo que permite no disipar potencia alguna. Figura 3.2. Página 2. 3.3.3. Los difusores acústicos. Son los transductores encargados de emitir la música ambiental seleccionada (altavoces, columnas acústicas o bocinas exponenciales). Nos podemos encontrar difusores amplificados (plafoneras, que incorporan cada una su propio amplificador de pequeña potencia) o altavoces pasivos, simples altavoces de 4,8, o 16Ω, que se utilizan según las necesidades de la instalación. Se pueden instalar o bien empotrados en el techo, o bien en la pared, cuando se trate de altavoces. 3.3.4. Dispositivos de control a distancia. Existen mandos de control digital microprocesado que permiten tener el control sobre diferentes funciones del sistema a distancia tanto del encendido y apagado como sobre las de control de audio (volumen, graves, agudos, balance) y algunas otras más, como mono/estéreo, sonido espacial, seudoestéreo, active loudness, etc. Los mandos están dotados de receptores de rayos infrarrojos que permiten el accionamiento más cómodo a distancia mediante el mando emisor (mando a distancia). Por último, existe un sistema de codificación mediante colores y números que nos indica las diferentes funciones y niveles de tensión utilizados en la instalación. Tabla 3.1. 8 Tabla 3.1. Sistema de codificación de los terminales, colores, funciones y niveles de tensión utilizados por los distintos módulos para su conexión y mantenimiento 9 3.4. Cálculo del Sistema. Primero: Hallaremos el “número de difusores sonoros” que necesitamos, en función de la superficie que se vaya a sonorizar y de la altura de éstos al techo. Es preferible redondear este número en exceso. Siempre es conveniente tener en cuenta: • La mejor distribución física de los difusores acústicos. • La agrupación de los difusores para lograr la impedancia de salida indicada por la etapa de potencia. Segundo: Calcularemos la potencia total que necesitamos en función de la superficie y del nivel de ruido ambiente previsible. El valor que obtendremos es orientativo y deberemos redondearlo (preferiblemente por exceso) teniendo en cuenta los siguientes factores: • Combinaciones posibles de etapas de potencia (por ejemplo: 300W podemos redondearlo a tres etapas de 120W). • Influencia de otros medios materiales no previstos en los cálculos. Tercero: Obtendremos la potencia que debe tener cada difusor sonoro, para lo cual dividimos la potencia total entregada por el amplificador entre el número de difusores. Siempre dejaremos un margen de seguridad, como mínimo del 25%, siendo muy recomendable un margen del 50% o mayor. Se hace para evitar la destrucción de los difusores por algún pico de potencia excesivo. NIVELES UTILIZADOS SONIDO LÓGICA ALIMENTACIÓN 3V eficaces. 0,1Ω. Positiva. 0V (no activada). 14V (activada). - Tipo de tensión: ………………… Continua. - Valor: …………………………… 16V. - Masa: ……………………………. Negativo. - Nivel de señal: …………………. Impedancia: ……………………. Tipo de lógica: ………………….. Nivel de tensión: ……………….. Nota: Los niveles de tensión pueden variar hasta en un 25%, dependiendo de la carga de las líneas. 10 3.4.1. Cálculo del número de puntos de sonido de una instalación. Hay que conocer si la instalación de sonorización se va a realizar en recintos exteriores abiertos o cerrados y, en este último caso, saber la altura al techo. Para obtener el número de puntos sonoros en cada tipo de espacio se aplica la siguiente fórmula: Ps = S / m Ps = Número de puntos sonoros. S = Superficie total a sonorizar (m2). m = Metros cuadrados (m2) que cubre cada difusor acústico. Podemos encontrarnos con diferentes espacios a sonorizar que paso a describir: a) Espacios interiores con altura de techos menor de tres metros. • Se sonorizará mediante altavoces o plafoneras empotrados en el techo. • Se utilizará un punto de sonido cada 16m2, separados por unos 4m aproximadamente entre ellos. • Como máximo, puede calcularse un punto de sonido cada 20m2, aunque es preferible cada 16m2. b) Espacios interiores con altura de techos entre tres y cinco metros. • En caso de que no pueda empotrarse nada en el techo, se colocarán columnas acústicas en las paredes, separadas 4 o 5m entre sí, y procurando orientarlas para que cubran toda la superficie. • En caso de ser un local con un nivel de sonido muy elevado, se instalarán bocinas exponenciales, procurando orientarlas para que cubran toda la superficie. • Se instalará un punto de sonido cada 40m2, aunque como máximo puede calcularse un punto de sonido cada 60m2. c) Espacios interiores con altura de techos mayor de cinco metros. • La sonorización se hará con bocinas exponenciales, preferiblemente instaladas en el techo, o en la parte superior de las paredes. • Se instalará un punto de sonido cada 100m2 cuando los difusores acústicos se alojen en el techo. En el caso que tengamos que colocarlos en la parte superior de la pared se instalará uno cada 300m2. 11 d) Espacios exteriores al aire libre. • Para la sonorización de exteriores es necesario la instalación de bocinas exponenciales. • Se procurará repartir las bocinas y orientarlas de tal forma que cubran toda la superficie a sonorizar. • Es muy importante prever si el espacio a sonorizar está libre o si, por el contrario, existen muros, edificios o promontorios que puedan obstaculizar la distribución del sonido. • Para conseguir ampliar el ángulo de cobertura horizontal, se utiliza habitualmente la disposición en abanico. • Se instalará una bocina exponencial cada 300m2. 3.4.2. Cálculo de la potencia total necesaria en una instalación. Es necesario conocer el índice de ruido que afecta al espacio que se va a sonorizar. Los locales se pueden encuadrar en varios grupos, de acuerdo con el ruido que les afecta, y puede ser: • Locales con ruido débil a moderado (desde 10dB a 50dB). Por ejemplo: biblioteca, restaurante, interior de una vivienda, aula de escuela. Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 16 (música ambiental). Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 8 (música/avisos o avisos). • Locales con ruido moderado a alto (desde 50dB a 70dB). Por ejemplo: patios de escuela, teatro, aula universitaria, grandes almacenes, bares. Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 11 (música ambiental). Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 7 (música/avisos o avisos). • Locales con ruido muy alto (mayor de 70dB). Por ejemplo: polideportivo, campo de deportes, estación ferroviaria, estación de autobús, taller mecánico. Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 6 (música ambiental). Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 4 (música/avisos o avisos). • Exteriores con ruido bajo/medio. Por ejemplo: camping, aparcamientos poco ruidosos. Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 50 (música/avisos o avisos). • Exteriores con ruido alto. Por ejemplo: aparcamientos ruidosos, zona de playa, polideportivo al aire libre. Potencia total (W) = Superficie total (m2) / 20 (música/avisos o avisos). 12 3.4.3. Cálculo de la potencia que debe tener cada difusor sonoro. Sabiendo el número total de puntos sonoros y la potencia total necesaria para que funcionen, obtenemos la potencia que debe tener cada difusor sonoro con la siguiente expresión: PDIFUSOR(W) = PT (W) / PS PDIFUSOR = Potencia difusor sonoro (W). PT = Potencia total (W). PS = Puntos sonoros. 3.4.4. Cálculo de la alimentación para la instalación de amplificación y control distribuido. La instalación de sonido se alimenta en baja tensión a partir de la central de sonido. La potencia de las centrales de sonido modelo 4011 es de 30W y del modelo 4012 es de 50W. Para instalaciones más grandes será necesario añadir “fuentes de alimentación auxiliares” (modelo 4001), que tienen por objeto “suministrar la energía necesaria” al sistema. La potencia que puede suministrar este modelo es de 50W. Estas fuentes de alimentación auxiliares se encargarán de alimentar una parte de la instalación de sonido. Figura 3.4.4. Su funcionamiento es totalmente automático, se conectan y desconectan simultáneamente con la central de sonido; a pesar de que pueden estar situadas físicamente en cualquier punto de la instalación. Para saber si nuestra instalación necesita fuentes de alimentación auxiliares y, si es así, cuantas, haremos lo siguiente: 1º. Necesitamos saber cuál es el consumo de potencia de la instalación. Para ello sumaremos la potencia de cada uno de los elementos que componen nuestra instalación (altavoces, plafoneras, columnas acústicas, bocinas exponenciales). Los mandos reguladores no se tienen en cuenta al considerar su consumo despreciable. 2º. Una vez calculada la potencia necesaria para nuestra instalación (Pinstal.), le restaremos la potencia suministrada por la central de sonido (Pcentral). Pinstal. - Pcentral < 0 => Pcentral > Pinstal. Esto indica, que la central es capaz de suministrar toda la potencia necesaria a la instalación, no siendo necesario ninguna fuente de alimentación auxiliar. Si el resultado es positivo: Pinstal. - Pcentral > 0 => Pinstal. > Pcentral 13 Esto indica, que la central no es capaz de suministrar toda la potencia que necesita la instalación. Calcularemos el número necesario de fuentes de alimentación auxiliares con la siguiente expresión: Número de fuentes = Pinstal. - Pcentral / 50W Si el resultado no es un número exacto, redondearemos por exceso. 3º. Las fuentes se instalarán distribuidas de tal manera que cada fuente alimente una parte de la instalación con una potencia calculada menor de 50W. CONSEJOS HA TENER MUY EN CUENTA. ¾ Es preferible instalar un gran número de puntos de sonido de baja potencia que un número pequeño de difusores acústicos de gran potencia. Es preferible pecar por exceso que por defecto, ya que en caso contrario, pueden quedar zonas con un deficiente nivel sonoro, o bien que la potencia total sea insuficiente, obligando a la instalación a trabajar a su máxima potencia, con el riesgo de distorsión o saturación en la difusión del sonido. ¾ En locales cerrados con techos menores a 5m de altura, siempre que sea posible, se instalarán los altavoces o plafoneras empotrados en el techo; ya que reúne las cualidades de una excelente distribución del sonido en el local, un buen aprovechamiento de la potencia y una respuesta de frecuencias muy amplia. Cuando no sea posible empotrar altavoces en el techo, se instalarán columnas o bocinas exponenciales. ¾ Las bocinas exponenciales proporcionan un alto nivel sonoro (gran potencia), buena respuesta de la voz, y no tanto para la música. Se recomienda utilizarlas en los casos siguientes: • Exteriores. • Locales con nivel de ruido muy alto. • Locales con una altura de techos mayores a 5m. Se fabrican en aluminio y en plástico. Hay modelos redondos y rectangulares. Las de aluminio y redondas suelen dar mejores resultados sonoros y mayor resistencia a la intemperie. ¾ Las columnas acústicas pueden emplearse cuando no es necesario un alto nivel sonoro y los altavoces o plafoneras no pueden empotrarse en el techo. ¾ En el caso de instalar pocos difusores acústicos pueden producirse fenómenos de eco o reverberación. Dichos fenómenos se solucionan aumentando el número de difusores acústicos y repartiéndolos proporcionalmente en el espacio a sonorizar. 14 La distancia máxima que se puede cubrir sin que aparezcan problemas de eco es de 33m entre el difusor acústico y el obstáculo más cercano. ¾ 3.5. En el caso de utilizar micrófonos para la megafonía; en las zonas del local donde estén los micrófonos, no se instalarán difusores acústicos de ningún tipo. Con ello, se evita la realimentación acústica por efecto Larsen. Si se instalan columnas o bocinas exponenciales, no es recomendable colocarlas en la pared frontal a los micrófonos; se instalarían en las dos paredes que quedan a la izquierda y derecha de los micrófonos. Funcionamiento de los sistemas de amplificación y control distribuido de avisos. A través de la misma instalación de sonorización ambiental podemos difundir avisos o llamadas; es decir, podemos utilizar una única instalación para música y avisos. Los avisos pueden ser generales (que se escuchan en toda la instalación) o direccionables por zonas (sólo se escuchan en una determinada zona o habitación, y no en el resto). Cuando en una habitación se recibe un aviso o llamada, el mando regulador, automáticamente, corta la música ambiental distribuida y, a través de la plafonera o altavoces, se escucha el mensaje a un volumen constante, previamente preseleccionado en el mando. Si el mando se encuentra apagado en esa zona, se conectará automáticamente, siendo el volumen sonoro del aviso completamente independiente de la posición que ocupe el mando regulador de volumen. Para añadir avisos generales a una instalación de sonorización, hay que llevar dos hilos más en la línea general de distribución. Estos hilos se identifican por los números 7 (violeta) y 9 (blanco). El número 7 corresponde a la señal sonora de aviso, que se transmite de la misma forma que la música. El número 9 corresponde a la señal lógica de conmutación para llamada general. Para poder recibir avisos, habrá que elegir mandos reguladores que tengan la capacidad necesaria, por el ejemplo, el modelo 4171. Figura 3.5. Los mandos de avisos llevan incorporado un conjunto de micrófono de alta sensibilidad, regulado generalmente en sensibilidad, y un pulsador para efectuar llamadas. Igualmente, llevan incorporada una regulación activa del nivel sonoro con conmutación automática para la recepción del mensaje o aviso y regulación interna e independiente del volumen de recepción de avisos. Obviamente, el centro emisor de llamadas puede colocarse en cualquier parte de la instalación, aunque suele hacerse en el mismo lugar que la central de sonido. Dicho centro emisor de llamadas puede ser para llamada general o para llamada por zonas. Con avisos direccionables por zonas, añadiremos tantos hilos como zonas diferentes queramos que existan en nuestra instalación. Estos hilos Zn son hilos de selección de zona y corresponden a la señal lógica de llamada a esa zona. 15 Figura 3.5. Montaje de una instalación de música ambiental en estéreo y con aviso general 16