BAFFLE STEP Y DIFRACCIÓN

• Introducción y algo de radiación sonora.
• Baffle step.
• Difracción causada por la caja acústica.
• Una ayuda de la sala.

INTRODUCCCIÓN Y ALGO DE RADIACIÓN SONORA

Estos dos fenómenos están causados por un mismo motivo. Los altavoces radían sonido en todas las direcciones para unas ciertas frecuencias, y a otras la radiación se estrecha..

Para un altavoz montado en una caja ideal (sin cortocircuito acústico y con una total absorción de la onda creada por la parte trasera del altavoz), la forma de su radiación sonora (isobaras tridimensionales) varía de una esfera a bajas frecuencias a una elipse a frecuencias altas. A la derecha vemos en proceso: La cruz marca el punto de emisión, y la condición de las frecuencias: f1>f2>f3.

Este paso de radia en forma de esfera a ir estrechando la radiación la marca símplmente el diámetro de la superficie del altavoz, no tiene que ver con su estructura (cúpula o cono). Para altavoces con forma diferente al típico círculo, (electrostáticos, altavoces elípticos...) la radiación en el eje X es diferente a la del eje Y, pero aún así es únicamente función del la longitud.

Este fenómeno tiene una estrecha relación con la longitud de onda reproducida. Cuando esta longitud de onda es menor que el diámetro del altavoz empleado, la radiación ya es direccional y sólo se emite hacia delante. Esto tiene su importancia ya que la dispersión es importante para crear una imagen estéreo convincente, que pueda engañar a nuestra percepción haciéndole percibir un campo lleno de fuentes de sonido cuando en realidad sólo hay dos. Pero como veremos, tiene también otros efectos más perniciosos.

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BAFFLE STEP

A las frecuencias en las que el altavoz emite omnidireccionalmente, especialmente a muy bajas frecuecnias, cuyas longitudes de onda superan el metro, tiene lugar un fenómeno denominado baffle step.

La caja no es nunca suficiéntemente grande como para evitar que se radíe sonido detrás de ella, por lo que el altavoz se halla emitiendo en espacio completo (4¶ estereoradianes), mientras que cuando se vuelve direccional o cuando la caja impide radiar hacia detrás, está emitiendo en 2¶ estereoradianes. La presión sonora depende del volumen desplazado, es un concepto semejante al de la dendidad de energía. El altavoz produce la misma energia radiando en medio espacio que en espacio completo, pero ésta se halla más dispersa en espacio completo.

Numéricamente, ésto se traduce en una pérdida de 6dB a bajas frecuencias, y se comporta como una ecualización, con diferencia de 6dB de una banda a otra y que varía gradualmente a razón de 6dB/oct. La frecuencia a la que tiene lugar es función de las proporciones y dimensiones del recinto. Lógicamente podemos deducir que éste fenómeno tiene lugar en una octava de frecuencias.

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DIFRACCIÓN CAUSADA POR LA CAJA

Eso sucede a frecuencias bajas. Pero a frecuencias más altas, el altavoz puede seguir emitiendo omnidireccionalmente y queda una banda entre el primer efecto de difracción(que es el baffle step) y la frecuencia en la que el altavoz es direccional, que es susceptible a efectos perniciosos.

El proceso ocurre de la manera siguiente: la onda parte del centro del altavoz, y se desplaza hacia el borde de la caja. Dependiendo de si en el borde de la caja se encuentra un nodo o un vientre, a partir del borde se pasará a emitir de medio espacio a espacio completo o se seguirá emitiendo en medio espacio. Un nodo producirá la radiación en espacio completo

Hay tres formas de evitar este fenómeno:

1: Controlar las distancias para evitar que se produzca a las frecuencias que emite el altavoz. La forma más sencilla es utilizar un panel frontal lo más estrecho posible, para que la banda entre el baffle step y cuando el altavoz es direccional sea lo menor posible.

2: Hacer que la distancia del centro del cono al borde de la caja sea lo más irregular posible, para que el fenómeno tenga lugar a muchas frecuencias diferentes y su acción no sea a frecuencias tan marcada como con un borde equidistante al centro (círculo concéntrico a él). ya que se produce a muhas frecuencias y la acción de todas sumadas cancela el efecto. Esto nos indica que las cajas tipo columna con el altavoz descentrado tendrán un mejor comportamiento, con una respuesta más plana.

3: Hacer que el borde de la caja no sea un ángulo recto, sino una forma curva. Esto tiene un resultado semejante al punto anterior: la acción de éste fenómeno se reduce, ya que la onda es guiada suavemente por la superficie de la caja, y la regularidad impide que se produzcan comportamientos diferenciados para nodos y vientres.

En las gráficas de H.F. Olson, vemos la simulación de este efecto en función de la forma de la caja.Todas las cajas muestran el efecto del baffle step, pero no en todas son tan marcados los efectos de la difracción.

Como ejemplo del mejor comportamiento, tenemos a la esfera, basada completamente en el punto 3. Su respuesta es perfecta. Como vemos en todas las estrucuras con el ángulos del borde menor de 90º (b,d,f,g,h,i,j,l) los efectos no llegan a tener una brusca variación de 0 ~ -6dB, sino que son más suaves. Por contra, en la formas c,e, si son más bruscas. El caso de 'c', el cilindro con el altavoz en el centro de su cara plana, es símplmente lo peor que se puede hacer. Todos los bordes son equidistantes del centro y los efectos son máximos. Otras formas se apoyan en el punto 2. En el cubo ('e') los efectos no son tan marcados como en el cilindro ('c') porque no todos los puntos del borde son tan equidistantes, varían entre L y 1.4*L

En el caso de 'k', está completamente basada en el punto 2 y aunque en el ejemplo se observan imperfecciones, extender la dimensión vertical y estrechar la horizontal, junto a la excentricidad del altavoz pueden llegar a rivalizar con el comportamiento de la esfera. En todo caso, para una colocación del altavoz en el centro, se debe vigilar que la distancia del borde superior a los bordes laterales no sea la misma, ya que sería equidistante a tres lados, pudiéndo fácilmente serlo sólo a dos, lo que reducirá los efectos de la difración.

Aparte, tenemos que recordar que cuando el altavoz sea direccional, ya no se iradiará el frontal de la caja y éste efecto no tendrá lugar.

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UNA AYUDA DE LA SALA

Sólo en pantallas de muy alta gama se corrige el baffle step, ya que implica una configuración de 3, 2.5 ó 3.5 vías, o en su defecto una perdida de eficiencia de 6dBs, inadmisible a todas luces.

De todas maneras, llevamos décadas escuchando pantallas que no tienen corregido el baffle step, y si bien es cierto que la tonalidad en general no es comparable a las de los instrumentos ne vivo y en directo, no se perciben granes cambios.

La sala ayuda (depende de cómo se mire). El fenómeno de difracción tiene lugar en espacios abiertos, conciertos o cines al aire libre, etc... En una sala de audición, normalmente las pantallas se colocan próximas a una esquina. Ésta esuqina tiene dos efectos:

1: El sonido rebota en la equina y es vuelto a radiar hacia delante. Por cupuesto está fuera de fase, más de 45º para frecuencias de 100Hz y más de 360º para frecuencias mayores de 400Hz.

2: Carga espacial de la esquina: la esquina tiene forma de trompeta recta, dirigirá la radiación, concentrándola en un plano y aumentando el SPL de la onda radiada hacia atrás, fuera de fase.

Además de estos efectos, está la ganancia de la sala para fuentes de sonido monopolares, que para frecuencias menores de 50Hz tendrá efecto.

Esto permite que el altavoz en vez de radiar en espacio completo esté en el equivalente de radiar en medio espacio, o en un cuarto de espacio. Por ello, contando pérdidas, se puede estimar que la corrección que es necesaria para salas sin tratar no es de 6dB, eso sólo sería para salas perfectamente insonorizadas y anecoicas, sería de alrededor de 3dB. En todo caso, el sonido obtenido no tiene la limpieza que nosostros creemos que tiene. Colocar material absorbente estilo lana de roca en la esquina es una opción muy recomendada.

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