La alineación temporal y la coherencia de fase son fundamentales para una interacción uniforme entre subwoofers y arrays lineales. Por ello, debemos alinearlos en el tiempo con una precisión mejor que ±1 ms (para evitar interferencias destructivas cerca de los puntos de cruce, 80-120 Hz). La fase puede mantenerse dentro de ±90 grados para eliminar efectos de filtrado comb. Los procesadores de señal digital logran esto mediante el uso de controladores de alta frecuencia retrasados en microsegundos. Superar estos límites puede provocar una degradación en la respuesta transitoria de hasta un 15 %. Una posición correcta da lugar a cambios de frecuencia sin obstáculos a través del campo sonoro, sin difuminado temporal.
Una distribución equilibrada del nivel de presión sonora (SPL) entre subwoofers y arrays lineales previene la máscara de frecuencias y las irregularidades en la respuesta de potencia. Tres principios fundamentales rigen una igualación eficaz del SPL:
Los métodos más comunes para desplegar múltiples subwoofers incluyen las técnicas de cardiode direccional (control del patrón de subwoofer en forma de cardioide) y métodos modales distribuidos. Los patrones cardioide crean una directividad en frecuencias bajas observable mediante inversión de fase y controladores traseros retardados, logrando una atenuación de hasta 20dB en la parte posterior, tal como se muestra en recientes estudios de coherencia de fase. Esto es útil en aplicaciones de audio profesional donde únicamente se necesita reforzar el frente, y en la parte trasera de un recinto simplemente se debe reducir el bajo. En arreglos más pequeños, se distribuyen varias subunidades desigualmente a través del espacio con el fin de anular ondas estacionarias mediante promediado espacial. Aunque las configuraciones cardioide tienen una mayor directividad, generalmente presentan una respuesta más plana de 3-6dB en salas (rectangulares).
De acuerdo con la regla de espaciado 3:1 establecida en la norma IEC 60268.1, los arrays de subwoofers deben estar espaciados óptimamente de manera que la distancia entre ellos sea un tercio de la dimensión máxima de la sala. Esto tiene el beneficio de reducir la resonancia de los modos axiales, ya que los patrones de cancelación se ven forzados por encima de la frecuencia de corte de Schroeder. Mediciones en campo revelan que un correcto espaciado 3:1 reduce la amplitud de las ondas estacionarias en el rango de 40-80Hz entre 8 y 12dB en comparación con una colocación equidistante. En instalaciones reales, normalmente se utilizan agrupamientos triangulares de subwoofers en salas de tamaño similar a esta, o bien se distribuyen equitativamente a lo ancho de la sala en salones grandes.
Los subwoofers colocados estratégicamente cerca de los límites de la habitación aprovechan la acústica del espacio para mejorar la respuesta de graves mediante la adición constructiva. Cuando posicionas los altavoces a una distancia menor de λ/8 respecto a una pared o esquina, obtienes una reflexión constructiva de las ondas sonoras (todo lo cual se indica para mostrar un tiempo de reverberación de aproximadamente 0.5–0.7 s). Por cada interfaz de límite (pared-piso-esquina), se añade una ganancia de 3-6 dB en comparación con la condición de campo libre, llegando incluso a un pico individual de hasta 12 dB en subwoofers colocados en esquinas triples. La mejor ganancia proviene de la rigidez de las superficies (hormigón > yeso) con coeficientes de absorción < 0.2 a frecuencias inferiores a 80 Hz para minimizar la pérdida de energía.
La fase debida a las reflexiones en el plano de las ondas emitidas directamente con desfase de 180° se cancela por medio de reflexiones en los límites. Las bandas de guarda siguen reglas de ubicación dependientes de la frecuencia para evitar zonas DIFZ o CD, por ejemplo manteniendo distancias de λ/4 desde los límites en las frecuencias de cruce. Los ingenieros también emplean exclusivamente decibelios como enfoques basados en la naturaleza y utilizan redes de filtros de tipo All-Pass para rotación de fase, pero predicen patrones basándose en nodos de onda estacionaria. Mediciones reales han demostrado que el nulo se reduce entre 8 y 15 dB al utilizar bandas de guarda de 1/6 octava entre bandas críticas de 40-80 Hz.
Alcanzar una integración óptima del sonido grave en sistemas de cine en casa requiere protocolos sistemáticos de calibración que aborden tanto las especificaciones técnicas como las anomalías específicas de la sala. Una calibración adecuada asegura coherencia de fase, minimiza las ondas estacionarias y mantiene un nivel constante de presión sonora (SPL) en todas las posiciones de escucha.
El estándar SMPTE 2034-2 establece la alineación temporal de los sistemas de audio multicanal y estipula que los subwoofers y altavoces satélite deben estar alineados con la matriz principal dentro de ±2 ms. Parte de esto se debe a que el apareamiento de fase ayuda a eliminar la mayoría de las cancelaciones de fase en la frecuencia de cruce (±80-120 Hz). Si mantiene los altavoces dentro de 1/3 de onda de la frecuencia de cruce, puede mantener la coherencia, indican los ingenieros. Las generaciones actuales de procesadores utilizan ecualización GDC para compensar los retrasos en las respuestas del amplificador y los altavoces, lo cual es especialmente importante en salas con formas irregulares.
Pero los sistemas avanzados de corrección acústica como Dirac Live y Audyssey MultEQ XT32 medirán las respuestas al impulso 256 veces desde 256 fuentes y proporcionarán mapas tridimensionales de frecuencia y fase que describen con precisión el espacio. En 2022, la AES evaluó 7 sistemas y encontró diferencias en la precisión de alineación que iban desde ±3,2 ms (gama baja) hasta ±0,5 ms (alta gama). Aunque estas herramientas ayudan a reducir la variación entre asientos en 6 a 8 dB, aún es necesario verificar manualmente. Los algoritmos de linealización de fase reducen en un 35 % las caídas causadas por los límites del espacio por debajo de 50 Hz en salas asimétricas, o prácticamente eliminan las caídas en salas simétricas. Sistemas híbridos basados en ecualización paramétrica y corrección en el dominio del tiempo logran desviaciones inferiores a 1 dB respecto a las curvas objetivo en dichos sistemas, superando el rendimiento de una ecualización pura en el caso de múltiples subwoofers.
El sonido de baja frecuencia end-fire es un sonido matricial en el tiempo ya que los subwoofers están posicionados uno frente al otro en línea recta. Los altavoces delanteros avanzan progresivamente mientras que los traseros se retrasan, y los relojes sincronizan los frentes de onda mediante interferencia constructiva a lo largo del eje objetivo. Esto proporciona hasta aproximadamente 10 dB de aislamiento de frente a atrás a 80 Hz, aunque la integridad del patrón solo está garantizada si el retardo es exactamente un cuarto de longitud de onda. Sin embargo, en un estadio o arena donde sea necesario controlar óptimamente la direccionalidad del sonido, la longitud del arreglo debe ser mayor que la longitud de onda de la frecuencia objetivo.
La optimización basada en gradientes ajusta matrices de subwoofers en espacios no difusos, asociando modulaciones de SPL con incrementos de ganancia y retrasos tonales. Esto corrige desequilibrios arquitectónicos como suelos inclinados o paredes asimétricas; diferencias de nivel inferiores a 3dB no causan filtrado en peine. La optimización basada en mediciones reduce la varianza entre asientos en un 57% en salas asimétricas. -Pal: Tiempos de reverberación RT60 y coherencia de la respuesta al impulso entre zonas, siendo el primero dentro de ±1.5dB en todas las ubicaciones de escucha.
Ya sea apilamiento en el suelo con subwoofers, se requiere una alineación temporal precisa para entregar con precisión auditiva los graves junto con las line arrays suspendidas. Más recientemente, en un estadio al aire libre con capacidad para 50,000 personas, se logró alineación de fase mediante un protocolo de compensación de retardo para igualar los tiempos de llegada del frente de onda a lo largo de líneas de visión de 120 metros. Este diseño contrarrestó los efectos de filtro peine creados por las gradas neumáticas y preservó un retardo de grupo constante (aceptación ±0,5 ms), confirmado mediante modelado acústico basado en computadora. El sistema alcanzó un 98% de inteligibilidad del habla (STI ≥0,65) en el área superior de asientos en gradas, a pesar de las reflexiones producidas por el hormigón.
Las matrices de subwoofers cardioide con una atenuación trasera de 8 dB demostraron ser efectivas para instalaciones en estadios al aire libre. Dieciséis subwoofers duales de 18'' en una configuración de relleno descendente proporcionaron una directividad controlada mediante conductores con desplazamiento de fase, alineados para ofrecer directividad entre 60Hz y 120Hz. Se lograron relaciones de rechazo frontal-trasero superiores a 14:1 en ubicaciones centrales del estadio, aislando eficazmente la acumulación de frecuencias bajas bajo los voladizos. Trabajos recientes en matrices de subwoofers indican que esta configuración reduce en un 41% la energía de ondas estacionarias en comparación con pilas tradicionales, lo que da como resultado una variación de presión sonora de 105dB SPL con una diferencia inferior a 2dB en todos los asientos.
La alineación temporal es esencial para evitar interferencias destructivas en los puntos de cruce, garantizando una interacción uniforme entre los subwoofers y las matrices lineales, preservando así la calidad del sonido.
La colocación adecuada en la habitación puede mejorar el rendimiento del subwoofer aprovechando la refuerzo natural de los límites para aumentar la respuesta de graves y minimizar las ondas estacionarias.
La regla 3:1 consiste en separar las configuraciones de subwoofers una tercera parte de la dimensión máxima de la habitación para reducir el refuerzo de modos axiales y mejorar la calidad del sonido.
Las configuraciones de subwoofer cardioide ofrecen una directividad controlada y atenuación trasera, reduciendo la acumulación de frecuencias bajas y mejorando la claridad del sonido en espacios al aire libre grandes.
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