universidad de san buenaventura colombia facultad de...

Diseño de altavoces para reproducción de audio binaural en baja frecuencia basado en

sistema OPSODIS

Cristian Jaramillo Restrepo, [email protected]

Proyecto presentado para optar al título de Ingeniero de Sonido

Asesor: César Augusto Perez , Especialista (Esp) en Posproducción de audio para la industria

musical.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Facultad de Ingenierías

Ingeniería de Sonido

Medellín, Colombia

2019

Citar/How to cite [1]

Referencia/Reference

Estilo/Style:

IEEE (2014)

[1] C. Jaramillo Restrepo, “Diseño de altavoces para reproducción de audio binaural

en baja frecuencia basado en sistema OPSODIS”, Trabajo de grado Ingeniería de

Sonido, Seleccione sede USB Colombia, Facultad de Ingenierías, 2019.

-Plantilla adaptada de Bibliotecas Universidad de San Buenaventura.

-Jurado, Anderson Ladino Velásquez.

Bibliotecas Universidad de San Buenaventura

Biblioteca Fray Alberto Montealegre OFM - Bogotá.

Biblioteca Fray Arturo Calle Restrepo OFM - Medellín, Bello, Armenia, Ibagué.

Departamento de Biblioteca - Cali.

Biblioteca Central Fray Antonio de Marchena – Cartagena.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Universidad de San Buenaventura Colombia - http://www.usb.edu.co/

Bogotá - http://www.usbbog.edu.co

Medellín - http://www.usbmed.edu.co

Cali - http://www.usbcali.edu.co

Cartagena - http://www.usbctg.edu.co

Editorial Bonaventuriana - http://www.editorialbonaventuriana.usb.edu.co/

Revistas - http://revistas.usb.edu.co/

Biblioteca Digital (Repositorio)

http://bibliotecadigital.usb.edu.co

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

TABLA DE CONTENIDOS

RESUMEN ....................................................................................................................................... 9

ABSTRACT ................................................................................................................................... 10

I. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 11

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................. 13

A. Antecedentes ......................................................................................................................... 13

III. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 17

IV. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 18

A. Objetivo general .................................................................................................................... 18

B. Objetivos específicos ............................................................................................................. 18

V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ....................................................................................... 19

VI. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 20

A. Sistema de distribución óptima de las fuentes (OPSODIS) .................................................. 20

B. Diseños de cajón acústico ...................................................................................................... 22

1) Bafle infinito ....................................................................................................................... 22

2) Cajón Cerrado ..................................................................................................................... 23

3) Cajón Ventilado .................................................................................................................. 24

4) Otros diseños ...................................................................................................................... 26

C. Parámetros Thiele-Small ....................................................................................................... 27

1) Técnicas de medición: ........................................................................................................ 28

2) Parámetros de pequeña señal: ............................................................................................. 29

3) Parámetros de gran señal: ................................................................................................... 34

VII. METODOLOGÍA ................................................................................................................... 35

A. Etapa de caracterización de altavoces: .................................................................................. 36

B. Etapa de diseño y construcción: ............................................................................................ 38

1) Cajón Acútico: ................................................................................................................... 38

2) Sistemas Electro-acústicos ................................................................................................. 41

3) Etapa de mecición: .............................................................................................................. 43

VIII. RESULTADOS ..................................................................................................................... 50

IX. DISCUSIÓN ............................................................................................................................ 51

X. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 55

XI. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 56

REFERENCIAS ............................................................................................................................. 57

ANEXOS ........................................................................................................................................ 59

LISTA DE TABLAS

TABLA I. PARÁMETROS NECESARIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO ACÚSTICO DEL

ALTAVOZ. .................................................................................................................................... 28

TABLA II. DETERMINACIÓN DE VALOR QL ........................................................................ 32

TABLA III. AJUSTES C4 PARA UN CAJÓN ABIERTO CON QL=7....................................... 33

TABLA IV. PARÁMETROS THIELE SMALL. .......................................................................... 37

TABLA V. ESCALA DE APRECIACIÓN Y CALIFICACIÓN. ................................................. 48

TABLA VI. PARÁMETROS OBTENIDOS DE FORMA ANÁLOGA PARA AMBOS

ALTAVOCES. ............................................................................................................................... 50

TABLA VII. PARÁMETROS PRINCIPALES ALTAVOZ 1. ..................................................... 60

TABLA VIII. DISEÑO VENTILADO PARA EL ALTAVOZ ALTAVOZ 1. ............................. 61

TABLA IX. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE

1,9 GRAMOS. ................................................................................................................................ 62

TABLA X. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE

1,4 GRAMOS. ................................................................................................................................ 62

TABLA XI. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE

3.8 GRAMOS. ................................................................................................................................ 62

TABLA XII. PARÁMETROS PRINCIPALES ALTAVOZ 2. ..................................................... 64

TABLA XIII. DISEÑO VENTILADO PARA EL ALTAVOZ 2. ................................................ 65

TABLA XIV. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE

1,9 GRAMOS. ................................................................................................................................ 66

TABLA XV. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE

1,4 GRAMOS. ................................................................................................................................ 66

TABLA XVI. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE

3.8 GRAMOS. ................................................................................................................................ 66

TABLA XVII. MEDICIÓN DE PATRÓN POLAR ALTAVOZ 1. .............................................. 76

TABLA XVIII. MEDICIÓN DE PATRÓN POLAR ALTAVOZ 2. ............................................ 78

TABLA XIX. PRUEBA SUBJETIVA RESPUESTA EN FRECUENCIA. ................................. 80

Tabla XX. Prueba subjetiva Espacialización. ................................................................................ 81

TABLA XXI. PRUEBA SUBJETIVA DESEMPEÑO DEL SISTEMA DE REFUERZO. ......... 82

TABLA XXII. DURACIÓN MÁXIMA DE LAS MEDICIONES. .............................................. 84

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. Radiación convencional ...................................................................................................... 20

Fig. 2. Radiación Binaural. ............................................................................................................. 20

Fig. 3. Distribución de arreglo de altavoces. .................................................................................. 21

Fig. 4. Distribución espacial en frecuencias. .................................................................................. 21

Fig. 5. Filtro cancelador de crosstalk. ............................................................................................ 21

Fig. 6. Matriz de cancelación. ........................................................................................................ 22

Fig. 7. Dipolo Acústico. ................................................................................................................. 22

Fig. 8. Bafle Infinito. ...................................................................................................................... 23

Fig. 9. Aproximación real de Bafle Infinito. .................................................................................. 23

Fig. 10. Cajón Cerrado. .................................................................................................................. 23

Fig. 11. Presión acústica cajón cerrado. ......................................................................................... 23

Fig. 12. Cajón Abiero o bass reflex. ............................................................................................... 24

Fig. 13. Salida de presión acústica cajón Abierto. ......................................................................... 24

Fig. 14. Desplazamiento de aire dentro y fuera del cajón ventilado. ............................................. 25

Fig. 15. Curvas de impedancia de altavoz al aire libre y en un cajón ventilado. ........................... 25

Fig. 16. Diseño según el tipo de respuesta en frecuencia. .............................................................. 26

Fig. 17. Sistema de radiación pasiva. ............................................................................................. 27

Fig. 19. Diseño de cajón pasa banda. ............................................................................................. 27

Fig. 18. Linea de transmisión o laberinto acústico. ........................................................................ 27

Fig. 20. Diagrama de metodología. ................................................................................................ 35

Fig. 21. Curva de impedancia de ambos altavoces. ....................................................................... 36

Fig. 22. Declaración de dimensiones. ............................................................................................ 39

Fig. 23. Planos de construcción. ..................................................................................................... 40

Fig. 25. Medición de crossover interno del sistema OPSODIS. .................................................... 42

Fig. 26. Diagrama de bloques. ........................................................................................................ 43

Fig. 27. Valores de corriente y voltaje en medición. ...................................................................... 44

Fig. 28. Medición de patrón polar. ................................................................................................. 45

Fig. 29. Plano de organización de la prueba. ................................................................................. 47

Fig. 30. Patch MAXmsp para espacialización en tiempo real. ...................................................... 48

Fig. 31. Polybuffer de Hrtf's. .......................................................................................................... 49

Fig. 32. Sensibilidad Altavoz 1. ..................................................................................................... 51

Fig. 33. Sensibilidad Altavoz 2. ..................................................................................................... 51

Fig. 34. Nivel de presion sonora máximo altavoz 1. ...................................................................... 51

Fig. 35. Nivel de presion sonora máximo altavoz 2. ...................................................................... 51

Fig. 36. Respuesta en frecuencia de ambos altavoces. ................................................................... 52

Fig. 37. Respuesta en frecuencia opsodis (azul) y sistema completo (rojo). ................................. 52

Fig. 38. Patrón polar altavoz 1. ...................................................................................................... 53

Fig. 39. Patrón polar altavoz 2. ...................................................................................................... 53

Fig. 40. Comparación de respuesta en frecuencia. ......................................................................... 53

Fig. 41. Comparación de espacialización ....................................................................................... 53

Fig. 42. Desempeño del sistema de refuerzo en porcentajes. ......................................................... 54

Fig. 43. Curva de impedancia altavoz 1. ........................................................................................ 59

Fig. 44. Curva de impedancia altavoz 2. ........................................................................................ 63

Fig. 45. Piezas del cajón. ................................................................................................................ 67

Fig. 46. Ensamble y medidas del altavoz. ...................................................................................... 67

Fig. 47. Apariencia del altavoz. ...................................................................................................... 68

Fig. 48. Respuesta en frecuencia del altavoz 1. ............................................................................. 69

Fig. 49. Fase altavoz 1. ................................................................................................................... 69

Fig. 50. Dimensiones port altavoz 1. .............................................................................................. 69

Fig. 51. Respuesta en frecuencia del altavoz 2. ............................................................................. 70

Fig. 52. Fase altavoz 2. ................................................................................................................... 70

Fig. 53. Dimensiones port altavoz 2. .............................................................................................. 70

Fig. 54. Comparación de respuestas en frecuencia. ....................................................................... 71

Fig. 55. Comparación de fases. ...................................................................................................... 71

Fig. 56. Patrón polar en 31 Hz. ...................................................................................................... 77

Fig. 57.Patrón polar para 63 Hz. .................................................................................................... 77

Fig. 58. Patrón polar para 125 Hz. ................................................................................................. 77



Fig. 61. Patrón polar para 1 KHz. .................................................................................................. 77

Fig. 62. Patrón polar para 31 Hz. ................................................................................................... 79

Fig. 63. Patrón polar para 63 Hz. ................................................................................................... 79




Fig. 67. Patrón polar para 1 KHz. .................................................................................................. 79

Fig. 70. Porcentajes prueba subjetiva Espacialización sistema OPSODIS. ................................... 80

Fig. 71. Porcentajes prueba subjetiva Espacialización sistema completo. ..................................... 80

Fig. 68. Porcentajes prueba subjetiva respuesta en frecuencia sistema OPSODIS. ....................... 81

Fig. 69. Porcentajes prueba subjetiva respuesta en frecuencia sistema completo. ......................... 81

DISEÑO DE ALTAVOCES PARA REPRODUCCIÓN DE AUDIO BINAURAL EN BAJA 9

RESUMEN

Se lleva a cabo el diseño y construcción de un sistema de refuerzo en baja frecuencia para el sistema

OPSODIS sherwood S7, el cual garantiza una elongación del rango de reproducción, sin ofrecer

cambios negativos en cuanto a la capacidad de espacialización del sistema y otorgando un diseño

de calidad debido a la correcta carácterización de los altavoces mediante los parámetros de Thiele-

Small, obteniendo así un sistema funcional y estetico.

Se otorgan todas las mediciones necesarias para garantizar el correcto funcionamiento del sistema

de refuerzo. El sistema se implementa combinando técnicas de audio binaural y repruducción

multicanal, obteniendo asi resproducción de audio 3D mediante el sistema OPSODIS y refuerzo

en baja frecuencias mediante un sistema surround y viene acompañado de un formato datasheet, el

cual define todas sus caracaterísticas físicas e incluye sus parámetros de diseño. Todo esto se hace

posible dividiendo el proyecto en tres etapas; caracterización, diseño y construcción, y medición.

Finalmente se obtiene un sistema de refuerzo que consta de dos altavoces de baja frecuencia, el

cual permite al sistema OPSODIS funcionar correctamente en un rango desde los 53 Hz hasta los

16 kHz.

Palabras clave: Opsodis, Binaural, Audio 3D, Surround, Hrtf, Cajón acústico, Chebyshev,

Frecuencia de resonancia, Auralización, Convolución.


ABSTRACT

It is carried out the design and construction of a low frequency reinforcement for the “Sherwood

S7” OPSODIS system, wich guarantees an increase in the reproduction range, it prevents negative

changes in the system spatialization and it gives a high quality design thanks to the correct

characterization of the speakers using the "Thielle-Small" Parameters, obtaining an aesthetic and

funtional system.

All the required measurements were specially done to guarantee the correct operation of the

reinforcement system. The system was created combining binaural techniques and multi-chanel

reproduction, obtaining 3D audio using the OPSODIS system and the low frequency reinforcement

with two surround speakers. It is provided a datasheet document that shows all the physical

characteristics of the system and the design parameters. The system's design is archieved by a

methodology of three stages: characterization, design and construction, and measurements. Finally,

we obtain a low frequency reinforcement system with two speakers that can help the OPSODIS

system to play 3D audio with a frequency range since 53 Hz to 16 kHz.

Keywords: Opsodis, Binaural, 3D Audio, Surround, Hrtf, Acoustic Box, Chebyshev, Resonance

Frequency, Auralization, convolve.


I. INTRODUCCIÓN

En la actualidad los sistemas de reproducción binaural por cancelación de diafonía (crosstalk

cancelation) llamados sistemas OPSODIS, presentan problemas significativos en cuanto al rango

de frecuencias que logran reproducir, ya que tienen como principal limitante la construcción con

altavoces de tamaño reducido según T, Takashi [1], los cuales no permiten desplazar el diafragma

lo suficiente en frecuencias bajas, por esta razón algunas empresas de sistemas de sonido como

Sherwood, toman la iniciativa de implementar en sus equipos salidas para sistemas de refuerzo en

baja frecuencia o salidas para subwoofers.

Debido a esto se decide implementar un sistema de altavoces que permita ampliar las frecuencias

limitadas por el sistema OPSODIS Sherwood S7, considerando los criterios necesarios para el

correcto funcionamiento del sistema OPSODIS [1] y apoyado en el diseño de cajones acústicos

para conseguir, no solo un amplio rango de frecuencias funcional, sino tambien una respuesta en

frecuencia significativamente plana, que facilite el propósito principal del sistema OPSODIS

(Reproducir audio binaural)

Dicho esto, se busca como resultado principal la construcción de los altavoces de refuerzo en

frecuencias bajas, para un sistema de reproducción de audio binaural, que garantice las

características indicadas y facilite el funcionamiento en conjunto con el sistema OPSODIS.

Adicionalmente se plantea la entrega del formato técnico descriptivo o también llamado datasheet

del altavoz, en donde serán plasmados los valores de los parámetros de Thiele-Small medidos como

se evidencia en la ecualización de sistemas de audifonos y OPSODIS [2].

El proyecto busca solucionar los problemas en baja frecuencia de los sistemas de reproducción de

audio binaural por medio del altavoces, usando como pilar la investigación de los metodos de

auralización y su uso en conjunto, principalmente el audio binaural como demuestra la revista de

la AES [3, pp. 725-735] y la reproducción multicanal con los diseños 22.2 de Matsui [4].

Considerando que los avances en cuanto a tecnologias de inmerción cada vez son mayores y es

necesario elevar cada vez mas los estandares de calidad en cuanto reproducción de audio 3D.

En este documento se encuentra toda la caracterización de los altavoces y los parámetros de diseño

necesarios para la construcción del sistema de refuerzo, aparte tambien se evidencian las


mediciones técnicas y las pruebas subjetivas con las cuales se determina el correcto funcionamiento

de este.

DISEÑO DE ALTAVOCES PARA REPRODUCCIÓN DE AUDIO BINAURAL EN BAJA

13

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la actualidad, los sistemas de reproducción de audio 3D más conocidos se basan en la

interconexión de un gran número altavoces, por lo cual ocupan un espacio considerable, consumen

altas cantidades de energía y presentan un nivel de complejidad en su instalación. Existen sistemas

más sencillos basados en el procesamiento digital de señales que ofrecen experiencias similares,

como el sistema OPSODIS, sin embargo, este sistema es desconocido por un gran porcentaje de la

población; mejorando su rango en frecuencias bajas, se podría mejorar la percepción de los posibles

clientes en Latinoamérica, permitiendo una mayor penetración de este producto en este público.

Aunque esta tecnología es reciente, varios fabricantes han buscado solucionar este limitante. Entre

estos esta la empresa Sherwood la cual ofrece como solución, la implementación de salidas

surround en los sistemas OPSODIS S7 y S9.

Partiendo de esta posible solución, se plantea el diseño de un sistema económico de refuerzo en

baja frecuencia para el sistema OPSODIS, buscando evaluar el funcionamiento en conjunto e

identificar sus problemas y limitaciones tanto sistemáticas como de diseño.

Esto con el fin de equiparar la calidad de funcionamiento del sistema OPSODIS, con otros sistemas

de reproducción de audio 3D. Donde surge la siguiente pregunta ¿Es posible implementar un

sistema de refuerzo de bajo presupuesto que proporcione las características necesarias para el

correcto funcionamiento de reproducción de audio binaural por altavoces?

A. Antecedentes

En las últimas décadas, los estudios concluyentes acerca del audio binaural, su reproducción por

medio de altavoces y sus métodos de calificación subjetiva han sido abundantes, otorgando así a la

disciplina grandes avances en lo técnico con modelos, sistemas como sugiere [5] y técnicas, en lo

psicológico señaladas por [1] y en algunos casos que aporta tanto en lo sistemático como en lo

psicoacústico.

Teniendo en cuenta la importancia que tiene un buen sistema de cancelación de Crosstalk a la hora

de concebir una reproducción de audio binaural, es importante destacar el trabajo realizado por la


14

AES (Audio Engineering Society) , el cual promueve un nuevo método que permite una notoria

optimización del sistema lineal binaural OPSODIS (Optimal Source Dsitritbution) usando este, en

una configuración de matriz lineal combinada con la técnica de múltiples puntos de control. De

acuerdo con [5], este novedoso método busca conseguir un buen equilibrio entre el rendimiento de

cancelación de Crosstalk y la robustez contra el desalineamiento de la cabeza.

Posteriormente, la AES presentó un novedoso proyecto en su revista [3, pp. 725-735], en el cual

por medio de la utilización de un conjunto fijo de filtros de cancelación de Crosstalk diseñados

para una posición de escucha central y con la implementación paralela de una red de retardo

(dependiente de la posición de escucha), les permite describir un dispositivo que logra adaptarse a

las posiciones del oyente.

En cuanto al procesamiento de la señal, se realizó una investigación con base en los avances del

procesamiento de audio espacial para su reproducción en varios formatos de altavoz o para la

conversión a audio binaural en audífonos, que sugieren autores como [6] y [7].

Se propone un método de reproducción binaural por medio de altavoces usando modelado de bajo

orden con funciones de transferencia (HRTFs) relacionadas con la cabeza, realizando un

procesamiento binaural sobre los altavoces usando las HRTF en el dominio del tiempo, aunque su

mayor problema es la inestabilidad del control de diafonía por lo cual deciden aproximar los

componentes inestables en el controlador como los estables con retrasos de procesamiento ecomo

se demuestra en [8, pp. 733-748]. Estos laboratorios también proponen un diseño de sistema

multicanal de reproducción binaural 22.2 enfocado en futuras transmisiones para TV; teniendo en

cuenta múltiples métodos de diseño para los filtros inversos usados en el procesamiento binaural

para los altavoces de baja frecuencia como mencionan en [9, pp. 126-140].

En el año 2011 ILLUSONIC LLC en compañía de ToneBoosters realizan una investigación que

presenta los beneficios y los retos que se encuentran al renderizar un audio en formato binaural a

estéreo convencional, aparte de esto proponen soluciones a varios de los problemas encontrados

por medio de separación de procesamiento por etapas usando convolución HRTF (Head-Related

Impulse Response). Argumentan que este enfoque resulta en una etapa de sonido más amplia y una


15

imagen espacial más natural y precisa de las fuentes según varios autores como; [10, pp. 474-478]

, [11] y [12].

En cuanto a la fidelidad del sistema y sus condiciones para la adecuada reproducción de audio 3D

(tomando como enfoque principal la evaluación subjetiva), se han implementado múltiples técnicas

para optimizar la percepción del oyente, ya sean por dispositivos electro-acústicos como muestran

[4] y [13], por corrección de reflexiones en la sala según [13] y [14], movimiento virtual de la

imagen fantasma definida por [15] o con la metodología de [16], mediante síntesis.

Constantemente se evalúa el funcionamiento de los sistemas de cancelación de Crosstalk por medio

de la separación de los canales, aunque hoy en día no se ha encontrado una evaluación sistemática

para este sistema. Por tanto y al ser este un sistema enfocado en la percepción de los oyentes, gran

mayoría de sus mediciones y análisis son subjetivos, por esto se ha buscado implementar varios

métodos de evaluación subjetiva, ya sea usando line arrays como lo hace [11], loudspeakers según

[17],como menciona [7] comparaciones subjetivas, entre otros.

Estos estudios han sido enfocados a procesos cotidianos para recibir un impulso en el mercado,

buscando satisfacer la necesidad de mejores experiencias en algunos productos como los

automóviles como se evidencia en autores como [18], [19] y los servicios como el cine en el caso

de [20, pp. 487-497] publicado en la revista de la AES.

En Alemania en el año 1960 se logra determinar las condiciones físicas necesarias para la

construcción de altavoces y cajones, buscando solucionar lo problemas obtenidos desde los inicios

de la implementación de este tipo de arreglos, concluyendo una serie de ecuaciones útiles para

verificar el correcto diseño de estas [21, pp. 258-268].

A finales de los años 60's el autor [22] desarrolla un sistema de altavoces de alta calidad con baja

distorsión armónica, para hacer esto posible emplean un diafragma de cono con una estructura

especial, una suspensión flexible en forma de v recortada y obtienen una distorsión total inferior a

1%.


16

En el año 1978, [23] describe nuevos métodos para lograr extender el rango de reproducción en

frecuencias bajas de ciertos altavoces y a su vez disminuir la distorsión armónica de estos. De cierto

modo ofrecen como solución, una extensión a la técnica con el fin de aumentar el rango de

amortiguamiento del sistema mediante una resistencia negativa que se otorga al amplificador de

accionamiento.

Durante los años 90's [24] logra cumplir con el desarrollo de un diseño de altavoz para optimizar

la reproducción en frecuencias bajas, el cual permite reproducir desde 20 Hz hasta 40 Hz mediante

un cajón acústico de solo 27 litros. Se implementa mediante un diseño de cajón acústico abierto y

con ayuda de un radiador pasivo.

En el año 1990 [25] consigue implementar múltiples sistemas de cancelación de diafonía tanto para

condiciones auditivas simétricas como asimétricas, con el fin de obtener una ampliación de el rango

de reproducción estéreo. También se implementa una matriz que inserta la cancelación de diafonía

artificial usada principalmente en grabaciones estéreo destinadas a ser reproducidas mediante

audífonos.

Durante los últimos años este tipo de tecnologías han tenido un gran apogeo impulsado por la

evolución constante de tecnologías enfocadas a la multimedia, como el cine 3D y la realidad virtual.

Esto a su vez impulsa la investigación y provee nuevas teorías y tecnologías como el audio binaural

para reposacabezas [2], la implementación de filtros lineales para cancelación de diafonía [26] y la

implementación rápida de filtros de cancelación mediante procesamiento digital de señal [27].


17

III. JUSTIFICACIÓN

Los sistemas de reproducción binaural mediante altavoces o sistemas OPSODIS permiten al

usuario percibir la dirección fuentes imaginarias con una gran claridad y precisión en determinado

rango de frecuencias, sin embargo, esta experiencia podría mejorar significativamente solo con una

variación en el rango de frecuencias en el cual trabaja de manera óptima el sistema. Valiéndose de

esto, es necesario considerar múltiples variables que llegan a ser esenciales para el correcto

funcionamiento.

Actualmente los sistemas de realidad virtual son cada vez mas reconocidos y adoptados por la

sociedad, sin embargo, se han realizado avances realmente pobres en cuanto al área de sonido en

comparación a los significativos avances en el área visual, lo que hace necesario equiparar el

avance de ambas áreas. Este método puede llegar a ser la entrada a nuevas mejoras de

la tecnología OPSODIS, y a su vez permitir a esta equiparar o asemejar la efectividad de otras

tecnologías mas costosas y de compleja operación e instalación.


18

IV. OBJETIVOS

A. Objetivo general

Diseñar un sistema de altavoces que garantice la calidad de reproducción en frecuencias por debajo

de los 150 Hz para reproducción de audio binaural por medio del sistema OPSODIS.

B. Objetivos específicos

Medir los parámetros de Thiele-Small del altavoz con el fin de diseñar un cajón acústico que

equilibre la respuesta en frecuencia, los cuales serán expresados en formato de datasheet.

Diseñar y construir el cajón acústico que cumpla con los parámetros de diseño de Thiele-

Small acoplado al altavoz.

Implementar sistemas electro-acústicos pertinentes que garanticen el correcto

funcionamiento de los altavoces dentro del sistema, en este caso los filtros de protección y

los circuitos de compensación.

Realizar las mediciones de sensibilidad, respuesta en frecuencia, cobertura y nivel de presión

sonora máximo, las cuales serán reforzadas con pruebas subjetivas realizadas a estudiantes

de la universidad de San Buenaventura.


19

V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

Los sistemas de reproducción de audio binaural por medio de altavoces usados en la actualidad

presentan un rango de frecuencias muy limitado, esto se debe a que el ser humano no identifica con

tanta facilidad la dirección en que inciden dichas frecuencias en el oído y al método empleado para

lograr auralización (cancelación de diafonia) el cual no esta diseñado para un funcionamiento en

baja frecuencia. Sin embargo, el audio binaural, no solo busca que el oyente logre percibir la

dirección en que se ubica la fuente imaginaria, este también busca recrear una atmósfera y

ciertamente esto se convierte en una tarea difícil de realizar con la ausencia de un amplio espectro

frecuencial. Por esto se busca realizar una combinación de métodos, usando un sistema de

reproducción de audio binaural mediante altavoces, junto con un sistema auxiliar de reproducción

en frecuencias bajas (estereo). De esto surge la duda, ¿La percepción de ubicación otorgada por el

sistema OPSODIS se ve alterada por el uso del sistema de baja frecuencia?


20

VI. MARCO TEÓRICO

A. Sistema de distribución óptima de las fuentes (OPSODIS)

El sistema de reproducción binaural OPSODIS de banda completa, por medios de filtros crossover,

divide el rango frecuencial en tres bandas (medias-bajas, medias y altas) el cual consta de un arreglo

de 3 pares de altavoces los cuales logran crear una imagen sonora tridimensional por medio de la

adición de filtros de cancelación de Crosstalk [2]. de esta formal logran convertir la radiación

convencional (figura 1) en Radiación binaural (figura 2).

Fig. 1. Radiación convencional Fig. 2. Radiación Binaural.

Tomado de: Binaural Reproduction of Stereo

Signals Using Upmixing and Diffuse Rendering

[13].

Tomado de: A Linear Robust Binaural Sound

Reproduction System with Optimal Source

Distribution Strategy [3]

El audio pasa principalmente por un filtro donde se separa en en los tres rangos frecuenciales del

sistema, luego pasan por una etapa de codificación, donde cada señal se procesa para que al ser

reproducidas en conjunto por sus respectivos altavoces, solo llegue el audio ipsilateral a cada oído

del usuario. Los altavoces de este arreglo se angulan verificando la equidistancia entre estos y el

oyente, y tienen una distribución característica como se observa en la figura 3 (Siendo los círculos

mas grandes las frecuencias bajas y los mas pequeños la frecuencias altas). En el centro se ubican

los altavoces de alta frecuencia y su angulación es pequeña, el par de altavoces contiguos a estos

se encargan de las frecuencias medias y los altavoces de los extremos son los encargados de la

reproducción de frecuencias bajas y son emplazados con una angulación mayor. Con esto se logra

la distribución frecuencial observada en la figura 4.


21

Fig. 3. Distribución de arreglo de altavoces. Fig. 4. Distribución espacial en frecuencias.



Distribution Strategy [3].



Distribution Strategy [3].

Por lo general estos sistemas no implementan baja frecuencia debido a que para la reproducción de

estas es necesario el uso de altavoces de mayores dimensiones, por esta razon algunos sugieren la

salida para sub-woofers.

Para la implementación de estos sistemas es necesario un filtro CTC (Crosstalk cancellation) el

cual permite trasladar la reproducción de audio 3D (binaural) en audifonos, a reproducción

mediante altavoces. Esta es una técnica que asumiendo campo libre, garantiza que la señal

reproducida sólo llegara al canal auditivo correspondiente (ipsilateral) [35]. (ver figura 5)

Fig. 5. Filtro cancelador de crosstalk.

Tomado de: Analysis of Design Parameters for Crosstalk Cancellation Filters

Applied to Different Loudspeaker Configurations, Denmark. [28, pp. 304-320]


22

Para esto se implementa una matriz inversa de cancelación mediante la transformación H y

definiendo un vector de señales de entrada:

Fig. 6. Matriz de cancelación.

Tomado de: A Linear Robust Binaural Sound Reproduction

System with Optimal Source Distribution Strategy [3, pp. 725-

735]

B. Diseños de cajón acústico

Los altavoces de membrana funcionan como dipolos acústicos, es decir que radian energia de igual

magnitud tanto por la sección frontal como por la trasera con una diferencia de fase de 180º (figura

7).

Fig. 7. Dipolo Acústico.

Tomado de: Loudspeaker and Headphone

Handbook. [29]

1) Bafle infinito

El defelector infinito es el concepto teórico en el cual el altavoz se instala en un plano que se

extiende hasta el infinito (figura 8). Partiendo de este se obtiene un bafle finito (figura 9) limitando

su expansión para obtener un análisis teórico mas simplificado y consiguiendo un mecanismo de


23

montaje mas practico, de esta manera se logra direccionar la radiación del altavoz hacia el frente

aislando por completo la radiación trasera de este.

Fig. 8. Bafle Infinito. Fig. 9. Aproximación real de Bafle Infinito.

Tomado de: Loudspeaker and Headphone Handbook.

[29]


[29]

2) Cajón Cerrado

Es la realización practica mas aproximada a un deflector infinito pero obtiene efectos de resonancia

y difracción debido a la naturaleza finita del recinto. Se logra aislar por completo la radiación

trasera del altavoz usando el bafle infinito como un recinto cerrado (Figura 10).

Fig. 10. Cajón Cerrado. Fig. 11. Presión acústica cajón cerrado.


[29]


[29]

El volumen de aire encerrado permite limitar la excursión del altavoz y proporciona una salida de

presión acústica que tiene la naturaleza de un filtro pasa altas de segundo orden (figura 11).


24

La radiación trasera se debe disipar por movimiento de las paredes del gabinete o en forma de calor

usando materiales absorbentes dentro de la caja.

3) Cajón Ventilado

En este diseño la radiación trasera se redirecciona con el fin de ser sumada a la radiación directa

en un ancho de banda limitado a bajas frecuencias, para esto es necesario el uso de una abertura en

el cabinete (figura 12). Esta apertura puede ser un agujero simple, sin embargo en gran mayoria de

ocaciones se utiliza un túnel corto, obteniendo características similares a un resonador de

Helmholtz, donde el volumen de aire tiene una compliancia acústica y el orificio o túnel presenta

una masa acústica.

Fig. 12. Cajón Abiero o bass reflex. Fig. 13. Salida de presión acústica cajón Abierto.

Tomado de: Loudspeaker and Headphone

Handbook. [29]


[29]

Esta configuración proporciona mejor respuesta en frecuencias graves en comparación al cajón

cerrado, por lo general proporciona una mejora significativa en frecuencias bajas al rededor de 80

Hz. La salida acústica total será determinada mediante la suma compleja de la velocidad del

volumen frontal y la velocidad del volumen en contrafase.

Para el correcto funcionamiento del cajón acústico ventilado es necesario que el volumen de aire

encerrado logre amortigüar correctamente la frecuencia de resonancia del altavoz. Por esto es

necesario que al funcionar el altavoz en las frecuencias aledañas de la frecuencia de resonancia,


25

cuando la membrana se desplaza hacia atrás, el aire entra a la caja y en un movimiento inverso el

aire sale de ella (Figura 14).

Fig. 14. Desplazamiento de aire dentro y fuera del

cajón ventilado.

Tomado de: Acoustics sound fields and transducers

[30]

Este fenómeno solo se presenta en frecuencias bajas, pero al cumplirse se garantiza un frenado

neumático eficaz de la membrana, es decir, anula la resonancia del altavoz. Aunque en este tipo de

diseños aparecen dos amplitudes casi idénticas y desplazadas en frecuencia, adelante y atrás de

donde solía estar la frecuencia de resonancia.

Fig. 15. Curvas de impedancia de altavoz al aire libre y en un cajón

ventilado.

Tomado de: Acoustics sound fields and transducers. [30]

Siendo:

A: impedancia al aire libre

B: impedancia dentro de la caja ventilada

C: resonancia superior


26

D: resonancia inferior

E: contra resonancia

Para el diseño de este, Richard H. Small y A. Neville Thiele organizaron y simplificaron los

parámetros del altavoz y del cajón en un conjunto de coeficientes adimencionales de fácil

utilización, los cuales permiten realizar el diseño de parlantes en cajas sintonizadas con una gran

variedad de características de sintonización y de tamaños de gabinete. De esto surge la

caracterización de formas de respuesta, las cuales se definen desde un Q alto con picos cercanos al

extremo bajo (Chebyshev), luego pasa por las respuestas formidablemente planas (Butterworth) y

finalmente llega a respuestas con una caída mas gradual (quasibutterworth) como se observa en la

figura 16.

Fig. 16. Diseño según el tipo de respuesta en frecuencia.

Tomado de: Acoustics sound fields and transducers. [30]

4) Otros diseños

Radiador pasivo (ABR): En este diseño se reemplaza la masa de aires del orificio por una masa

de material sólido (figura 17) suspendida, lo cual permite el uso de frecuencias de sintonización

extremadamente bajas y una mejora significativa en la linealidad del altavoz. Es posible

proporcionar una flexibilidad al diseño mediante la modificación o control de las características

mecánicas del ABR.

Linea de transmisión: También llamado laberinto acústico, en este diseño la radiación trasera

del altavoz se redirige a través de un laberinto lo cual permite una mejora en baja frecuencia

(figura 18). Este diseño se basa en las tuberías de órgano, las cuales tienen comportamientos

resonantes. Se produce un refuerzo máximo cuando la frecuencia donde la longitud de linea de

transmisión es igual a .


27

Pasa banda: Usando el orificio como única salida para la radiación del altavoz, se obtiene un

sistema que aparenta la naturaleza de un filtro pasa banda de segundo orden. Esto se logra

usando un sistema ventilado en el cual se encierra la radiación directa del altavoz. Se obtiene

una caja cerrada en la parte trasera y un cajón abierto en la parte frontal del diseño (ver figura

19).

Fig. 17. Sistema de radiación

pasiva.

Fig. 18. Diseño de cajón pasa

banda.

Fig. 19. Linea de transmisión o

laberinto acústico.

Tomado de: Loudspeaker and

Headphone Handbook. [29]





C. Parámetros Thiele-Small

Durante los años 70´s los el científico Richard H. Small y el ingeniero de sonido Nivelle A. Thiele

realizaron múltiples avances en la caracterización de altavoces los cuales fueron plasmados en

múltiples documentos avalados por la AES, mediante los cuales determinaron una serie de

parámetros de pequeña y gran señal mediante los cuales logran expresar las características

principales del funcionamiento de los altavoces y aún más importante, permiten controlar la

frecuencia de resonancia en mediante la teoría del bafle infinito, diseñando un cajón acústico, el

cual cumple la función de bafle infinito en esta ocasión, el cual encierra un volumen de aire

determinado por dichos parámetros, el cual se encargará de amortiguar el movimiento excesivo del

altavoz en la frecuencia de resonancia.

Con el paso de los años esta lista de parámetros fue modificada en multiples ocaciones y aun en la

actualidad se encuentran varias listas con algunas variaciones entre ellas, las cuales varian


28

principalmente de los metodos que serán usados para la caracterización, en esta ocación se

determinarán los parámetros decritos en la tabla 1.

TABLA I. PARÁMETROS NECESARIOS PARA REALIZAR EL DISEÑO ACÚSTICO DEL ALTAVOZ.

Parámetro Nomenclatura

Frecuencia de resonancia Fs

Impedancia máxima Zmax

Impedancia mínima Zmin

Factor de calidad mecanico del altavoz Qms

Factor de calidad electrico del altavoz Qes

Factor de calidad total Qts

Relación de impedancias ro

Producto del ancho de banda a la frecuencia de resonancia EBP

Masa total en movimiento Mms

Volumen acústico equivalente de la suspensión Vas

Superficie efectiva del diafragma Sd

Fuerza del motor magnetico BL

Complianza mecánica de la suspensión Cms

Porcentaje de eficiencia del altavoz n

Volumen de aire neto en la caja Vb

Volumen de aire con complianza acústica igual a la del cajón Vab

Frecuencia de sintonia de la caja Fb

Frecuencia 3dB por debajo de la Frecuencia de sintonia. F3

Largo del port Lv

Realce de la ganancia Ripple

Diámetro del port dv

Factor de calidad de pérdidas Ql

Diámetro efectivo del altavoz d

Desplazamiento máximo de la membrana Xmax

Sintonia de resonancia h

Relación de complianzas

Proporción entre frecuencias de resonancia y corte q

1) Técnicas de medición:

Existen múltiples técnicas de medición para los parámetros de Thiele-Small, pero los tres más

conocidos son el método de caracterización por del altavoz al aire libre [1][4], usando objetivos no

lineales y usando FFT (Fast Fourier Transform) [5].


29

La técnica para la caracterización de estos parámetros en un altavoz al aire libre se divide en dos

tipos de parámetros a medir:

2) Parámetros de pequeña señal:

Como su nombre lo indica, estos son los parámetros que se miden mediante la alimentación de una

fuente generadora de señales, con señales de baja amplitud. Entre estos el parámetro, quizá el más

importante, será la frecuencia de resonancia (Fs), ya que esta es la que buscamos amortiguar por

medio del cajón acústico.

Frecuencia de resonancia (Fs): Esta es la frecuencia en la cual el altavoz funciona de manera

irregular, en esta frecuencia, su membrana tendrá mayor desplazamiento y mayor impedancia. La

forma mas común de hallarla es mediante una curva de impedancia, la cual se realiza mediante un

barrido de frecuencias, en comparación con la impedancia del altavoz. Es posible realizar esta

medición de manera análoga, la cual consiste en conectar el altavoz a un generador de señales,

midiendo la salida de voltaje y corriente cada vez que se modificará la frecuencia o mediante el

software DIGILENT, el cual realiza este mismo procedimiento de manera digital, funciona como

un arduino programado para enviar el barrido de frecuencias y recibir los valores de impedancia.

Esta frecuencia puede ser corroborada por medio de la siguiente ecuación:

𝐹𝑠 = √𝑓1 ∗ 𝑓2 ± 2 (1)

Siendo f1 y f2 las frecuencias por debajo y por encima, respectivamente, de la frecuencia de

resonancia, con una ganancia 3dB menor a la de esta.

Cabe aclarar que la curva de impedancia no solo nos arroja el valor de la frecuencia de resonancia,

tambien nos entrega valores de impedancia mínima (Zmin) y máxima (Zmax), y en algunos casos

es posible identificar la tension máxima y mínima, con la cual se hallan las frecuencias 1 y 2.

Factores de calidad: El factor de calidad del altavoz (Qts), tambien llamado factor de merito del

altavoz en la frecuencia de resonancia al considerar todas la resistencias que aportan al sistema, es


30

determinado principalmente por la complianza mecánica (Qms) y la complianza eléctrica (Qes)

como se logra observar en la siguiente ecuación:

𝑄𝑡𝑠 =𝑄𝑚𝑠 ∗ 𝑄𝑒𝑠

𝑄𝑚𝑠 + 𝑄𝑒𝑠 (2)

𝑄𝑚𝑠 = √𝑟𝑜 ∗𝐹𝑠

𝑓2 − 𝑓1 (3)

𝑄𝑒𝑠 =𝑄𝑚𝑠

𝑟𝑜 − 1 (4)

Para valores de Qts menores que 0,7 es determinado el diseño suspención acústica y la suspensión

del parlante no es dominante por ende la respuesta de este es altamente controlable. Si llega a ser

igual o mayor a este valor se determina seño de bafle infinito donde domina la suspención del

parlante y no se puede controlar su respuesta. Luego de tener los parámetros Q, se calcula el EBP

(Ancho de banda de Fs) de la siguiente manera:

𝐸𝐵𝑃 =𝐹𝑠

𝑄𝑒𝑠 (6)

Este parámetro nos permite determinar el diseño óptimo que permite el altavoz, teniendo en cuenta

que para valores menores que 50 se recomienda un diseño de caja cerrada, si es mayor que 100 se

recomienda diseño de caja abierta o ventilada y en el caso en que el EBP este entre 50 y 100 indica

que este altavoz funciona bien en cualquier caja, ya sea cerrada o ventilada.

Sin importar el diseño de cajón que se vaya a utilizar, es necesario hallar la masa total en

movimiento (Mms) y para esto es necesario añadir masa extra (Mx) a la membrana del altavoz y

realizar de nuevo la medición de frecuencia de resonancia (fx) con base a la siguiente ecuación:

𝑀𝑚𝑠 =𝑀𝑥

(𝐹𝑠𝑓𝑥

)2

− 1

(7)


31

Esta masa es necesaria para hallar el volumen acústico equivalente de la suspensión (Vas) de la

siguiente manera:

𝑉𝑎𝑠 = (1 −𝑓𝑥2

𝐹𝑠2) ∗ (

𝑆𝑑2 ∗ 1,21 ∗ 𝐶2

(2𝜋 ∗ 𝑓𝑥)2 ∗ 𝑀𝑥) (8)

Siendo Sd la superficie del diafragma, que se halla deacuerdo a la geometría del altavoz, para

altavoces redondos se calcula de la siguiente manera:

𝑆𝑑 = 𝜋 ∗ 𝑟2 (9)

El Vas es un volumen de aire el cual tiene la misma complianza acústica que la complianza del

altavoz, es direcatamente proporcional a Vab, es decir, si el Vas crece, el volumen de aire que

encierra el cajón acústico tambien crecerá.

Luego de tener estos parámetros se procede a hallar los parámetros que varían dependiendo del

diseño del cajón acústico, a continuación se describirán los parámetros para un cajón acústico

cerrado.

Principalmente es necesario seleccionar un Qtc, el cual caracterizará la forma de la respuesta en

frecuencia y teniendo en cuenta que los Q determinan la cantidad de energía reactiva entre mas

altos sean, mayor cantidad de energía reactiva. Para diseños de cajón acústico enfocados en

sistemas de baja frecuencia, se recomienda Qts menores a 0,6 ya que esto permite realizar un diseño

de cajón proporcional al tamaño del altavoz o evitar tamaños excesvos.

En diseños de cajón acustico cerrado, solo haría falta hallar el volumen de aire necesario dentro del

cajón (Vab), para la determinación de este es necesario hacer una relación (A) entre el Qts y un

factor de calidad Qtc (el cual depende del diseño que se pretende realizar) y obtiene de la siguiente

manera:


32

𝐴 = (𝑄𝑡𝑐

𝑄𝑡𝑠)

2

− 1 (10)

𝑉𝑎𝑏 =𝑉𝑎𝑠

𝐴 (11)

Para realizar un diseño de cajón acústico ventilado Chevysheb de cuarto orden es necesario

identificar unos parámetros principales:

Ql: factor de calidad de las perdidas. Este parámetro varía despendiendo del Vab

h: sintonía de resonancia

: relación de complianzas

q: proporción entre frecuencias de resonancia y corte

d: diámetro efectivo del altavoz

Xmax: Desplazamiento máximo de la membrana. (parámetro de gran señal)

TABLA II. DETERMINACIÓN DE VALOR QL

Vab Ql

Entre 20 y 80 litros 7

Mayor de 80 litros 3

Menor a 20 litros 15

Cabe aclarar que estos parametros solo es necesario meedir Xmax ya que se consiguen mediante

la tabla 3.


33

TABLA III. AJUSTES C4 PARA UN CAJÓN ABIERTO CON QL=7.

Qts h α q R

0,5 0,9 0,69 0,8 0

0,5 0,88 0,63 0,8 0

0,5 0,86 0,58 0,8 0

0,5 0,84 0,54 0,8 0

0,5 0,82 0,5 0,7 0,1

0,5 0,9 0,46 0,7 0,1

0,5 0,79 0,43 0,7 0,1

0,5 0,77 0,41 0,7 0,1

0,5 0,76 0,39 0,7 0,2

0,5 0,74 0,36 0,7 0,2

0,6 0,73 0,35 0,6 0,2

0,6 0,72 0,33 0,6 0,3

0,6 0,71 0,31 0,6 0,3

0,6 0,7 0,3 0,6 0,4

0,6 0,69 0,29 0,6 0,4

0,6 0,68 0,28 0,6 0,5

Con estos se hallan algunos parámetros de diseño como la frecuencia de sintonía y la frecuencia de

corte a 3dB por debajo, las cuales son determinadas por las siguientes ecuaciones:

𝐹𝑏 = 𝐹𝑠 ∗ ℎ (12)

𝐹3 = 𝐹𝑠 ∗ 𝑞 (13

Seguido a esto se halla el Volumen interno neto del gabinete (Vb), pero para esto es necesario

hallar primero el Vab, de la siguiente manera:

𝑉𝑎𝑏 =𝑉𝑎𝑠

𝛼 (14)

𝑉𝑏 = 𝑉𝑎𝑏 + 0,41 ∗ 𝑑4 (15)

Con estos valores se tienen datos suficientes para determinar las dimensiones del cajón acústico,

pero teniendo en cuenta que es un diseño ventilado, es necesario hallar el diámetro del port (dv) y

la longitud (Lv) necesaria, esto datos son definidos por las siguientes funciones:


34

𝑑𝑣 = √𝐹𝑏 ∗ 𝑋𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝑆𝑑 (16)

𝐹𝑠 = 2340 ∗𝑑𝑣4

𝐹𝑏2 ∗𝑉𝑎𝑏

1000

− (0,73 ∗ 𝑑𝑣) (17)

Es necesario esclarecer que el valor conseguido mediante la ecuación de diámetro de port (dv) es

una recomendación, la cual se puede explicar como; el port será funcional siempre y cuando el

diámetro sea mayor al obtenido por medio de la ecuación, de igual manera es necesario

implementar la ecuación de la longitud del port con el diámetro que se va a usar en la construcción

(teniendo en cuenta que uno de los mayores problemas en la etapa de construcción es que no todos

los valores son comerciales).

3) Parámetros de gran señal:

Estos parámetros son medidos generalmente mediante la implementación de un amplificador de

potencia, ya que requieren señales de gran amplitud, entre estos se encuentra el desplazamiento

máximo de la membrana (Xmax). Este parametros se determina mediante mediciones, la mas

común es usando una luz estroboscópica, sin embargo, es posible obtener un valor aproximado

mediante otros metodos como lo es el metodo del alfiler, el cual consta de insertar un alfiler con

cuidado en el diafragma del altavoz, luego de marcar su cabeza con un marcador o con vinilo, se

alimenta el altavos con una onda sinosoidal a la frecuencia de resonancia y se mide la distancia de

la marca en movimiento.

𝑋𝑚𝑎𝑥 = 𝑋𝑚 − 𝑥 (19)

Siendo Xm distancia medida y x el tamaño de la marca realizada en el alfiler.

Parámetros como la sensibilidad y la potencia máxima, los cuales no son necesarios para los

calculos de diseño de algunos cajones y tambien son considerados dentro de este gurpo de

parámetros. (ver medición pagina 28)

𝑆 = 20𝑙𝑜𝑔 (√𝑍𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝐵𝐿 ∗ 1,21 ∗ 𝑆𝑑

2𝜋 ∗ 𝑍𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝑀𝑚𝑠 ∗ 0,2 ∗ 10−3) (20)


35

VII. METODOLOGÍA

Para la ejecución de este proyecto, es de gran importancia adquirir una pareja de altavoces con

características físicas idénticas, y características electro-mecánicas lo más similares posibles, ya

que esto facilitará la caracterización de estos y el diseño de cajón acústico para ellos, además reduce

la posibilidad de ser necesaria la implementación de filtros de compensación en frecuencia, ya que

es muy probable que las magnitudes en las curvas de impedancia sean similares.

Para la construcción del sistema se planeó principalmete el uso de dos altavoces de 12 pulgadas de

segunda mano, pero al observar que aunque fisicamente eran idénticos, sus caracteísticas electo-

mecánicas eran totalmente diferentes, se toma la decisión de cambiarlos por una pareja de altavoces

nuevos de 8 pulgadas y se procede con la compra luego de realizar mediciones digitales rápidas de

parámetros Thiele-Small con el fin de asegurar las anteriores características.

Fig. 20. Diagrama de metodología.

Como se puede observar en las figura 20 todas las etapas de diseño y construcción tienen mayor

relevancia, ya que de estos depende directamente el objetivo del proyecto, con excepción de la

compra de los altavoces, la cual es considerada de gran importancia ya que de estos depende la


36

complejidad del diseño necesario, considerando que la diferencia entre las respuestas en frecuencia

de los altavoces determina la necesidad de diseñar e implementar los filtros de compensación en

frecuencia

A. Etapa de caracterización de altavoces:

Mediante los parámetros Thiele-Small básicos y por medio del método de medición sin cajón

acústico [1] se realiza la caracterización de los altavoces, encontrando así la frecuencia de

resonancia de estos. Este se considera el primer parámetro importante de comparación entre la

pareja de altavoces y se busca controlarla por medio de un cajón acústico en la etapa de diseño, de

tal manera que permita al sistema tener respuestas en frecuencia planas y lo más similares posibles,

según lo permitan los mismos altavoces. En casos excepcionales, donde el diseño del cajón acústico

no permita las características necesarias para el sistema, podrá ser apoyado por un circuito de

compensación en frecuencias, el cual permite ecualizar o modificar la respuesta en frecuencia de

cada altavoz mediante cambios de inductancia.

Con el fin de corroborar los datos de frecuencia de resonancia y verificar la veracidad de estos se

realiza la medición de curva de impedancia (figura 21) usando el Digilent con su respectivo

software (WaveForms) y de manera análoga usando un generador de señales (agilent 33220A) y

dos multímetros(Fluke115).

Fig. 21. Curva de impedancia de ambos altavoces.

En la figura 21 se logra identificar las frecuencias de resonancias de 85 Hz y 84 Hz del altavoz uno

y el altavoz dos respectivamente. También se logra identificar que ambos altavoces tienen


37

características electro-mecánicas similares, ya que ambas curvas de impedancia presentan

frecuencias de resonancias parecidas y magnitudes de impedancias muy cercanas.

Luego de obtener los parámetros Thiele-Small (tabla 4) se realiza una comparación entre el par de

altavoces con los cuales se quiere plantear el diseño de cajón acústico, principalmente se buscan

dos altavoces con las mismas características físicas y con parámetros que garanticen las siguientes

características:

Ambos altavoces deben tener un Qts menor a 0.6, teniendo en cuenta que el diseño se plantea

para un sistema de baja frecuencia.

La impedancia de entrada o impedancia mínima de ambos altavoces debe ser igual.

La diferencia entre los Vas de ambos altavoces debe ser mínimo.

Las curvas de impedancia de ambos altavoces deben tener magnitudes similares (si en algún

caso esta no se cumple, será necesario el uso de algún circuito de compensación en frecuencia

mencionado anteriormente).

TABLA IV. PARÁMETROS THIELE SMALL.

Parámetro Altavoz 1 Altavoz 2

Fs(Hz) 85 84

F1(Hz) 60 60

F2(Hz) 120 120

Zmax(Ω) 47,9 52,9

Zmin(Ω) 8,16 8,26

Qms 3,43 3,59

Qes 0,7 0,66

Qts 0,58 0,56

EBP 120,62 128,2

Mms(kg) 0,018 0,018

Vas(lt) 10,75 10,75

Cms 0,00019 0,00019

Bl(Tm) 10,77 11,18

n( %) 1,83 1,95

Xmax(m) 0,003 0,003

En la tabla 4 se comprueba y se registran los insumos necesarios mencionados anteriormente.

Mediante estos datos se realizan los cálculos necesarios para el diseño del cajón acústico, ya sea

cajón cerrado o ventilado, según lo indique el EBP. En este caso los altavoces medidos arrojan un


38

EBP mayor a 100, lo cual indica que el diseño óptimo es de cajón ventilado, sin embargo en el

ANEXO 1 se evidencia la hoja de cálculo con las mediciones y los cálculos de ambos diseños.

Cabe aclarar que para hallar los valores de Mms, se realizaron 3 mediciones de curva de impedancia

con 3 masas de diferentes; 1.4g, 1.9g y 3.8g (ver tablas 9-11 y 14-16, ANEXO 1), con el fin de

hallar un punto de comparación entre los dos altavoces y se hallaron todos los parametros con estos

tres valores (ver tablas 6 y 12, ANEXO 1) y se utilizaron los mas cercanos entre los dos altavoces

para realizar el diseño de cajón acústico y de esta manera obtener dos cajónes simetricos.

B. Etapa de diseño y construcción:

1) Cajón Acútico:

Luego de obtener todos los parámetros Thiele small, se procederá a identificar, por medio de estos,

el volumen de aire necesario para el correcto amortiguamiento de la frecuencia de resonancia en

centímetros cúbicos, el cual depende de qué tipo de cajón será implementado. A partir de estos

resultados, se hallan las dimensiones del cajón acústico mediante la expresión matemática del

volumen; determinando proporciones de 1,5 (ecuación 21) de alto, 1 de ancho y 0,8 (ecuación 22)

de profundo hallando las medidas del cajón mediante la ecuación de volumen en centímetros

cúbicos de la siguiente manera:

𝑉 = 𝐿 ∗ 𝐴 ∗ 𝑃 (21)

Se determinan las proporciones con una dimensión de referencia:

𝐴 = 1,5 ∗ 𝐿 (22)

𝑃 = 0,8 ∗ 𝐿 (23)

Se reemplaza en la ecuación de volumen:

𝑉 = 𝐿 ∗ (1,5𝐿) ∗ (0,8𝐿) (24)

Se despeja la dimensión:

𝐿 = √𝑉 ∗ 0,8 ∗ 1,53

(25)

Por último se reemplaza las dimensión en las ecuaciones (22) y (23)

Para determinar las proporciones del cajón es necesario partir de la teoría de los golden ratios, la

cual implica tres características principales:

Las dimensiones no deben ser iguales. (el cajón no debe tener forma de cubo).


39

Se deben evitar las formas geométricas extremas.

Ninguna dimensión interna debe ser tres veces mayor que cualquier otra.

Fig. 22. Declaración de dimensiones.

Se plantea mediante los cálculos obtenidos anteriormente, un diseño de cajón ventilado Chebyshev

de cuarto orden con un Ql de 7 (teniendo en cuenta que el volumen está entre los 20 y los 80 litros),

el cual será expresado en un plano de construcción mediante el software Rhino (Figura 23), el

render general de construcción se encuentra en el Anexo 2.


40

Fig. 23. Planos de construcción.

Con base a los planos se realizará la compra de los siguientes materiales:

Triplex de pino (15mm de grosor).

Tubo de PVC (8cm de diametro).

Rejilla de protección para el port.

Colbón tipo madera.

Puntillas.

Sellador transparente.

Puerto Speakon NL4.

Teniendo estos materiales se procede con la construcción y el ensamble de este, con la siguiente

metodología:


41

Fig. 24. Metodología de construcción.

En la etapa de cortes, se realizan todos los cortes necesarios en la madera: piezas necesarias de

madera, angulación en las juntas de cada pieza, soportes de la tapa, cortes circulares de port y

altavoz y perforación para la entrada speakon.

Por estética se decidió ubicar el driver de manera centrada en la parte inferior del cajón.

Principalmente se planeó ubicar el port en la parte posterior del cajón, pero teniendo en cuenta las

dimensiones de este y del altavoz se tomó la decisión de ubicarlo en la parte superior izquierda de

la tapa frontal. (Figura 23)

Teniendo todas las piezas listas, se procede con el armazón del cajón, pegando todas las juntas con

colbón madera y reforzándolas con puntillas de pulgada. Al tener el cajón armado, es necesario

sellar todas las juntas para evitar fugas de aire y garantizar la impermeabilidad de este.

Se instala el port y el speakon es sus respectivos lugares y nuevamente se sellan usando sellador

transparente para piscinas. Por último se instala el altavoz; este lo pegamos al cajón con 8 tornillos,

no sin antes aplicar el sellador.

2) Sistemas Electro-acústicos

En primera instancia, es necesario medir el funcionamiento de los puertos de salida de subwoofer

del sistema OPSODIS, o en su defecto realizar las mediciones pertinentes con el fin de identificar


42

los procesos externos que serán necesarios para el correcto funcionamiento y protección del sistema

complementario, las cuales se observan en la figura 25.

Fig. 24. Medición de crossover interno del sistema OPSODIS.

Como se observa en la figura 25, el voltaje es mayor en baja frecuencias y cuando llega a los 140

Hz decrece abruptamente, esto implica que el sistema OPSODIS tiene un crossover interno a 140

Hz. Por esto se infiere mediante esta medicion que no es necearia la implementación de filtros de

protección o filtros crossover, los cuales tienen como función principal atenuar el voltaje de entrada

en los altavoces para ciertas frecuencias, con el fin limitar el funcionamiento de estos a un rango

específico de frecuencias según el uso que se le dará y en el cual funcionan correctamente gracias

a sus condiciones físicas y mecánicas. Estos serían necesarios sí el voltaje por encima de 140 Hz

no evidenciara una atenuación.

Cabe aclarar que este sistema ha sido planteado para el sitema opsodis Sheerwood S7 (Anexo 8),

en el cual las salidas de subwoofer se presentan en formato RCA y no amplificación en potencia.

Como se dijo anteriormente, dependiendo de los altavoces puede ser necesaria la implementación

de filtros de compensación para asegurar un funcionamiento similar en ambos, pero al observar la

figura 21, es evidente que no es necesario implementarlos, ya que sus caracteristicas y magnitudes

son notoriamente similares.


43

Por último y teniendo en cuenta la necesidad de amplificar la señal de salida del sistema OPSODIS,

se construye un adaptador en forma de cable de RCA a XLR, con el fin de realizar el envío desde

el sistema OPSODIS hasta el amplificador de potencia Crown XLS 402 (ver ANEXO 8) y desde

este salir hasta el sistema de altavoces.

Fig. 25. Diagrama de bloques.

3) Etapa de mecición:

a) Mediciones técnicas:

Durante esta etapa se procede a caracterizar el sistema conjunto, ofreciendo datos de sensibilidad,

respuesta en frecuencia, directividad, patrones polares y nivel de presión sonora maximo.

Se inicia con la medición de sensibilidad, la cual se realizó a un metro del altavoz, con una señal

de 1kHz y a una potencia de 1W. El requerimiento de potencia aumenta el grado de complejidad

de nuestra medición, ya que el amplificador de potencia Crown XLS402, el cual fue usado para

dicha medición, no permite apreciar a simple vista la potencia de salida. Por esto, es necesario

realizar un circuito de calibración, el cual consiste en conectar un medidor de corriente, un medidor

de voltaje (figura 27) y una resistencia de potencia de la misma impedancia del altavoz y de al

menos 5 Watts, de esta manera se obtienen los datos necesarios para determinar la potencia de

salida mediante la siguiente ecuación:


44

Fig. 26. Valores de corriente y voltaje en medición.

Con los valores de corriente (0,367 A) y voltaje (2.984 V) que se observan en la figura 27, se

calcula una potencia de 1,09 W. Luego de corroborar este valor, se procede a conectar el

amplificador de potencia a cada uno de los altavoces y se realiza la captura nivel de presión sonora

de ambos altavoces, mediante un micrófono de medición dbx RTA-M (ver ANEXO 8)y haciendo

uso del software Smaart V8, de esta manera se obtienen los datos de las figuras 32 y 33. En este

caso los altavoces tienen una sensibilidad alta, lo cual implica que necesitan menos potencia para

generar mas nivel de presión sonora, aunque en realidad no es muy util para nuestra aplicación

dado que como refuerzo del sistema opsodis no necesita generar niveles de presión sonora

significativamente altos.

Luego de obtener la sensibilidad de ambos altavoces, se procede a realizar la medición de respuesta

en frecuencia, la cual consiste de alimentar el altavoz con un ruido rosa, capturando los datos

mediante el microfono dbx RTA-M y procesándolos mediante el analizador de espectro del

software Smaart V8. Este procedimiento se realiza para cada altavoz (figura 36) y para el sistema

OPSODIS con y sin refuerzo (figura 37), con el fin de evaluar la efectividad del sistema de refuerzo.

La principal recomendación para esta medición es realizarla en una camara anecoica, en nuestro

caso, como la Sniversidad de San Buenaventura Medellín no posee dicha instalación, se realiza la


45

captura de datos en uno de los estudios de grabación y con el microfono de medición a una distancia

mínima del altavoz (15cm), para evitar capturar reflexiones de la sala indeseadas.

Teniendo las graficas de respuesta en frecuencia, se inician las mediciones de patrón polar. En esta

medición es necesario trazar los ángulos en los cuales se realiza la captura de nivel de presión

sonora (figura 28), en esta ocación se realizarán capturas en 16 ángulos (0º, 30º, 45º, 60º, 90º, 120º,

135º, 150º, 180º, 210º, 225º, 240º, 270º, 300º, 315º, 330º) con el fin de hacer una caracterización

de directividad en los angulos mas comunes y de manera uniforme,luego se alimenta el altavoz con

una señal sinosoidal y se varía la frecuencia desde 31,5 Hz hasta 1 kHz con pasos de tercio de

octava, y en cada uno de estas se repite la captura de los 16 ángulos, de este modo se obtienen 6

gráficas de patrón polar (una por cada frecuencia). Este proceso se repite para el segundo altavoz,

obteniendo así 12 gráficas en total (Anexo 4). Sin embargo esta medición solo se realiza en el eje

horizontal dado que para la funcionalidad del sistema de refuerzo no se encuentra una necesidad

directa de obterner dicha medición en el eje vertical, ya que este sistema esta diseñado para

implementarse en una ubicación fija a la altura de los oidos.

Fig. 27. Medición de patrón polar.

Aunque nuestro sistema nunca funcionará en 1 kHz, realizamos la caracterización hasta esta

frecuencia dado que hasta esta el altavoz funciona de manera aproximadamente lineal, y se otorgan

estos datos para no limitar el sistema de refuerzo a esta unica función y mas adelante abrir nuevos

proyectos o mejoras a partir de este.


46

Luego de obtener el patrón polar y teniendo aún la marcación bajo el altavoz, se gradúa el nivel de

salida necesario para realizar la medición de directividad horizontal, alimentando el altavoz con un

ruido rosa y midiendo 94 dB SPL a un metro del altavoz, en el ángulo 0º por medio del sonometro

CESVA Sc310 (ver Anexo 8), luego de tener el nivel de referencia, se realiza un desplazamiento

del microfono por cada uno de los angulos hasta hallar en que ángulo el nivel de presion sonora

disminuya 6dB.

Por ultimo se realiza la medición de nivel de presión sonora maximo, esta medición se realiza

alimentando el altavoz con un ruido rosa a maxima potencia, teniendo en cuenta las características

del altavoz para evitar daños, y luego se realiza la captura de datos a un metro justo en frente de

este. De esta manera obtenemos los valores de las figuras 34 y 35. Este es uno de los parametros

mas importantes ya que define que tan bien puede llegar a funcionar el sistema en diferentes

lugares, los cuales son caracterizados por sus niveles de ruido de fondo.

b) Pruebas subjetivas

Mediante unas pruebas subjetivas que se realizan considerando la metodología de evaluación

subjetiva para degradaciones de baja magnitud en sistemas de reproduccón de audio y sistemas

multicanal como lo recomienda la UIT [31] con los estudiantes de la Universidad San

Buenaventura Medellín, se pretende evaluar el funcionamiento del sistema y comprobar por medio

de los usuarios la correcta percepción de espacialidad.

(1) Características de la prueba:

Es una prueba que consiste de una muestra de población estudiantil a la cual se le mostrará el

funcionamiento del sistema OPSODIS con y sin el sistema complementario, y con base a lo que

perciban identificar que tan funcional es el sistema complementario.


47

Fig. 28. Plano de organización de la prueba.

En la prueba se realiza a una muestra poblacional de 15 personas, en su totalidad estudiantes de

ingenieria de sonido de la universidad de San Buenaventura. Se busca realizar una comparación

del sistema OPSODIS solo y el sistema completo (Sistema + Refuerzo). Esta comparación se

realiza tanto en su rango de respuesta en frecuencia, como en su función principal de

espacialización. Tambien se busca evaluar el desempeño del sistema de refuerzo con el fin de

identificar el nivel de utilidad del sistema diseñado. Teniendo todo esto en cuenta se ofrece una

escala de respuestas de 1 a 5 (ver tabla 5) a realizan las siguientes preguntas:

¿Considera que el rango de respuesta en frecuencia del sistema OPSODIS es?

¿Considera que la respuesta en frecuencia del sistema OPSODIS con el sistema de refuerzo es?

¿Cómo considera el fiuncionamiento del sistema OPSODIS en cuanto a espacializacion?

¿Cómo considera el fiuncionamiento del sistema OPSODIS con el refuerzo en cuanto a

espacializacion?

¿Considera que el sistema de refuezo desempeña su tarea de manera?


48

TABLA V. ESCALA DE APRECIACIÓN Y CALIFICACIÓN.

Calificación Apreciación

1.0 Mala

2.0 Insuficiente

3.0 Adecuada

4.0 Buena

Como se observa en la figura 29, los parámetros principales a evaluar son:

Rango en frecuencia: Es definido como las frecuencias que es posible reproducir mediante un

sistema. Evaluará la variación espectral percibida por el oyente con ambos sistemas.

Espacialización: Se refiere a la percepción del efecto de procedencia. Evaluará que tan fácil es

para el oyente identificar la ubicación espacial del sonido.

(2) Control de la prueba:

La prueba se lleva a cabo mediante un patch diseñado en el software MAXmsp (figura 30), lo cual

permite a su desarrollador; un control único de la prueba y una gran facilidad para la repetición de

esta.

Este se encarga de hacer una convolución en tiempo real de los audios, para esto es necesaria la

instalación del external "multiconvolve". Es de gran importancia que el patch permita la

reproducción tanto de audios estereo como audios mono, debido a que según el planteamiento de

la prueba se usaran ambos formatos (estereo para la muestra musical y mono para el ruido rosa).

Fig. 29. Patch MAXmsp para espacialización en tiempo real.


49

Etapa 1: Esta etapa se encarga de importar las Hrtf's que se usaran para convolucionar con el

audio estereo de la muestra y agregarlas a un polybuffer (el cual funciona como una carpeta

dentro del MAXmsp). Organizandolos de la siguiente manera:

Fig. 30. Polybuffer de Hrtf's.

Etapa 2: Carga automáticamente los audios estereo y los tonos puros que serán usados para la

prueba subjetiva.

Etapa 3: Crea una playlist con los audios importados en la etapa anterior y se encarga de

reproducir únicamente el que es seleccionado. Esta es controlada por un menú desplegable para

seleccionar el audio y una playbar para ajustar la reproducción.

Etapa 4: Son una serie de mensajes encargados de llamar las Hrtf's correctas desde el polybuffer

de la etapa 1 de acuerdo al botón de angulación seleccionado (los botones redondos encima de

esta etapa).

Etapa 5: Esta etapa solo consta del objeto "Multiconvolve", el cual se encarga de realizar la

convolución en tiempo real del audio (Mono o Estereo) de la playlist con la Hrtf correspondiente

con el ángulo que se desea espacializar.


50

VIII. RESULTADOS

Se obtiene un diseño funcional de Chevysheb de cuarto orden, el cual fue determinado mediante

los parámetros Thiele-Small expresados en la tabla 6.

En los resultados se comunican los hallazgos y descubrimientos del estudio. Se incluyen tablas,

figuras, diagramas y demás material demostrativo.

TABLA VI. PARÁMETROS OBTENIDOS DE FORMA ANÁLOGA PARA AMBOS ALTAVOCES.

Parámetro Altavoz 1 Altavoz 2

Fs(Hz) 85 84

F1(Hz) 60 60

F2(Hz) 120 120

Zmax(Ω) 47,9 52,9

Zmin(Ω) 8,16 8,26

Qms 3,43 3,59

Qes 0,7 0,66

Qts 0,58 0,56

EBP 120,62 128,2

Mms(kg) 0,018 0,018

Vas(lt) 10,75 10,75

Cms 0,00019 0,00019

Bl(Tm) 10,77 11,18

n(%) 1,83 1,95

Ql 7 7

d 0,16 0,16

Xmax(m) 0,003 0,003

h 0,72 0,72

α 0,33 0,33

q 0,63 0,63

ripple(dB) 0,27 0,27

Vb(lt) 32,76 32,76

dv(m) 0,08 0,08

Lv(m) 0,06 0,06

Fb(Hz) 61,2 60,5

F3(Hz) 53,3 52,6


51

IX. DISCUSIÓN

Mediante este diseño se logra garantizar en el sistema de altavoces una respuesta en frecuencia

similar para ambos (Figura 36), con una frecuencia de corte de 53,3 Hz, como se puede observar

en la Tabla 6, y comprobando su correcto funcionamiento en un rango de 53 Hz hasta 500Hz

mediante las simulaciones otorgadas por el software WinISD (Figura 60, Anexo 3).

Al tener el cajón construido con base al diseño mostrado anteriormente y mediante el software

Smaart V8, se obtienen los valores de sensibilidad para ambos altavoces (Figuras 32 y 33), nivel

de presión sonora máxima (Figuras 34 y 35) en las cuales se puede observar que sobrepasan por

almenos 17 dB el nivel de ruido de fondo mas alto permitido por la resolución 0627 de 2006 de

Colombia, y 2 gráficas de respuesta en frecuencia que son: respuesta en frecuencia de ambos

altavoces y Respuesta en frecuencia del sistema OPSODIS con y sin refuerzo.

Fig. 31. Sensibilidad Altavoz 1.

Fig. 32. Sensibilidad Altavoz 2.

Fig. 33. Nivel de presion sonora

máximo altavoz 1.

Fig. 34. Nivel de presion sonora

máximo altavoz 2.


52

Fig. 35. Respuesta en frecuencia de ambos altavoces.

Fig. 36. Respuesta en frecuencia opsodis (azul) y sistema completo (rojo).

Se obtienen gráficas de patrón polar mediante el sonometro Cesva sc310, obteniendo de igual

manera el ángulo de cobertura de los altavoces y las gráficas de patrón polar por banda de tercio

de octava independientes, las cuales se pueden observar en el ANEXO 4.


53

Fig. 37. Patrón polar altavoz 1.

Fig. 38. Patrón polar altavoz 2.

Las pruebas subjetivas proporcionarón información satisfactoria. Durante las pruebas, todos los

estudiantes que realizaron la encuesta afirman identificar una mejora significativa en cuanto a

respuesta en frecuencia (Anexo 6) y aunque en la encuesta de espacialización dos estudiantes

determinaron que el sistema entorpece un poco la espacialización, cinco estudiantes sintieron

mejoría con el sistema de refuerzo y el resto de la muestra afirman que el sistema no entorpece ni

mejora la capacidad de espacializar del sistema OPSODIS (Ver figura 75 Anexo 6). En la figura

40 se logra observar la mejora percibida por los estudiantes en respuesta en frecuencia y en la figura

41 se identifican las caracterisiticas destacadas anteriormente sobre la espacialización del sistema.

Fig. 39. Comparación de respuesta en frecuencia. Fig. 40. Comparación de espacialización


54

De igual manera se logra observar que en gran porcentaje de la muestra calificó el funcionamiento

del sistema como excelente y ninguno de los estudiantes le otorgo una calificación mala o

insuficiente, como se puede observar en la figura 42.

Fig. 41. Desempeño del sistema de refuerzo en porcentajes.

En donde 0% califica el sistema como malo o insuficiente, el 6,7% que califica el desempeño del

sistema de refuerzo como "Adecuada", este porcentaje equivale a un solo estudiante, es decir, 14

de 15 estudiantes (93,3% de la muestra) consideran que el desempeño del sistema de refuerzo es

esta por encima de lo necesario.


55

X. CONCLUSIONES

Es necesario realizar la caracterización de los altavoces por varios métodos, esto nos permite

corroborar los datos, obteniendo así información confiable y veraz; características necesarias

para realizar un diseño del cajón funcional. Cabe aclarar que para el diseño de este sistema es

imprescindible que ambos altavoces tengan características similares.

Realizar un diseño de cajón acústico partiendo de un altavoz especifico puede ser muy limitante,

más aun si se debe implementar con altavoces de bajo costo. Por esto se deben realizar

mediciones rápidas que permitan identificar parámetros importantes para el diseño

correspondiente y en este caso verificar las similitudes Electro-Mecanicas de ambos altavoces.

Realizar la simulación mediante el software WINISD, permitió verificar cálculos e identificar

los resultados obtenido mediante el diseño teórico. Con esto se evitaron perdidas de material y

tiempo antes de iniciar la etapa de construcción.

En este caso no fue necesario realizar los sistemas electroacústicos de compenzación en

frecuencia y de protección, ya que en primera estancia, el sistema OPSODIS Sherwood S7 posee

un cross-over interno, aparte de esto se evade la necesidad de filtros de compensación en

frecuencia al conseguir dos altavoces de características Eléctro-Mecánicas muy similares.

Es de gran utilidad usar amplificadores externos (Crown XLS 402) con el fin de obtener los

mismos niveles de distorsión en ambos altavoces.

Los niveles de presión sonora máximos obtenidos sobrepasan por lo menos en 17 dB SPL al

nivel de ruido más alto permitido por la normativa colombiana (Resolución 0627 de 2006).

Aunque el sistema de refuerzo se diseña para funcionar solo hasta 140 Hz, algunas mediciones

como sensibilidad y patrón polar se realizan en frecuencias superiores con el fin de otorgar

información útil para posibles futuros proyectos y evitar limitar el sistema de refuerzo a una

única función.

Las pruebas subjetivas se realizan únicamente a estudiantes de ingeniería de sonido con el fin

de obtener información verídica acerca del funcionamiento del sistema en conjunto. Los

resultados de esta prueba determinan que para un alto porcentaje de la población muestral, el

sistema funciona correctamente, ya que cumple su función y no degrada la capacidad de

espacialización del sistema OPSODIS.


56

XI. RECOMENDACIONES

Análisis y comparación del comportamiento de múltiples diseños de cajón acústico.

Implementación de filtro cancelador de diafonía para baja frecuencia.

Diseño y construcción de sistema de reproducción de audio 5.1.

Cuantificación de productividad de múltiples diseños de cajón acústico abierto y sus finalidades.

Evaluación de múltiples diseños de cajón acústico y caracterización según su finalidad óptima.


57

REFERENCIAS

[1] T. T, «3D sound reproduction with “OPSODIS”,» 2008.

[2] S. Elliott, C. House, J. Cheer y M. Gálvez, Crosstalk Cancellation and Equalisation for

Headrest Sound Reproduction., 2016.

[3] J. Zheng, T. Zhu, J. Lu y X. Qiu, «A linear robust binaural sound reproduction system with

optimal source distribution strategy,» Journal of the Audio Engineering Society, vol. 63, nº

9, pp. 725-735, 2015.

[4] K. Matsui y A. Ando, «Binaural reproduction of 22.2 multichannel sound with loudspeaker

array frame.,» de Audio Engineering Society Convention 135, 2013.

[5] R. Gomez-Meda, «Measurement of the Thiele-Small parameters for a given loudspeaker,

without using a box,» de Audio Engineering Society Convention 91., 1991.

[6] M. Bosi, «High Quality Multichannel Audio: Trends and Challenges,» de Audio

Engineering Society Convention 106, 1999.

[7] I. Nawfal, J. Atkins y S. Nimick, «Perceptual Evaluation of Loudspeaker Binaural

Rendering Using a Linear Array,» de Audio Engineering Society Convention 137, 2014.

[8] H. Lee, «Sound Source and Loudspeaker Base Angle Dependency of the Phantom Image

Elevation Effect,» Journal of the Audio Engineering Society, vol. 65, nº 9, 2017.

[9] J. Breebaart, F. Nater y A. Kohlrausch, «Spectral and spatial parameter resolution

requirements for parametric, filter-bank-based HRTF processing.,» Journal of the Audio

Engineering Society, vol. 58, nº 3, 2010.

[10] F. Rumsey, «Spatial Audio Processing.,» Journal of the Audio Engineering Society, , vol.

61, nº 6, 2013.

[11] F. W. J. Sousa, «Subjective comparison between stereo and binaural processing from b-

format ambisonic raw audio material,» de Audio Engineering Society Convention 130. ,

2011.

[12] K. Matsui, Y. S. M. Nakayama y S. Adachi, «Binaural reproduction over loudspeakers

using low-order modeled HRTFs.,» de Audio Engineering Society Convention 137, 2014.

[13] C. Faller y J. Breebaart, «Binaural reproduction of stereo signals using upmixing and

diffuse rendering.,» de Audio Engineering Society Convention 131, 2011.

[14] R. Johannes, J. W. Beh, W. S. Gan y E. L. Tan, «Investigation of 3-D Audio Rendering

with Parametric Array Loudspeakers.nvention 128.,» de Audio Engineering Society Co,

2010.

[15] D. Ben-Tzur y M. Colloms, «The Effect of MaxxBass Psychoacoustic Bass Enhancement

on Loudspeaker Design,» de Audio Engeenering Society convention 106.

[16] S. Hughes y G. Kearney, «Moving Virtual Source Perception in 2D Space.,» de AES

International Conference on Audio for Virtual and Augmented Reality, 2016.

[17] J. Backman, «Low-frequency polar pattern control for improved in-room response Juha,»

de Audio engeenering society convention 115, 2003.

[18] S. Delikaris-Manias y T. Papadopoulos, «Binaural Reproduction Over Loudspeakers Using

In-situ Measurements of Real Rooms–A Feasibility Study.,» de Audio Engineering Society

Conference: 35th International Conference: Audio for Games., 2009.


58

[19] A. Lindau, J. Estrella y S. Weinzierl, «Individualization of dynamic binaural synthesis by

real time manipulation of ITD.,» de Audio Engineering Society Convention 128., 2010.

[20] Y. L. Parodi y P. Rubak, «A subjective evaluation of the minimum channel separation for

reproducing binaural signals over loudspeakers.,» Journal of the Audio Engineering

Society, , vol. 59, nº 7/8, 2011.

[21] L. Keibs, «The physical conditions for optimum bass reflex cabinets.,» Journal of the Audio

Engineering Society, vol. 8, nº 4, 1960.

[22] T. Sugimoto, S. Kawamura, Y. Kawashima y A. Ema, «Low Distortion Loudspeaker

System.,» de Audio Engineering Society Convention 37., 1969.

[23] R. J. Newman, «Dipole radiator systems,» de Audio engeenering society convention 61,

1978.

[24] K. Limura, S. Tanaka y S. KageyAma, «Ultrabass Reproducing Loudspeaker System,» de

Audio engineering society convention 95, 1993.

[25] K. Kotorynski, «Digital Binaural/Stereo Conversion and Crosstalk Cancelling,» de Audio

engineering society convention 89, 1990.

[26] A. Reymond, C. Faller y D. Weiss, « Linear Phase Crosstalk Cancellation Filters.,» de

Audio Engineering Society Convention 142., 2017.

[27] C. SreenivasaRao y J. Pathrose, «Fast Implementation of Audio Crosstalk Cancellation on

DSP Processors.,» de Audio Engineering Society Conference: 45th International

Conference: Applications of Time-Frequency Processing in Audio., 2012.

[28] Y. L. Parodi y P. Rubak, «Analysis of design parameters for crosstalk cancellation filters

applied to different loudspeaker configurations,» ournal of the Audio Engineering Society, ,

vol. 59, nº 5, 2011.

[29] C. Poldy y J. Borwick, Loudspeaker and Headphone Handbook., 2001.

[30] L. L. Beranek y T. Mellow, Acoustics: sound fields and transducers., Academic Press.,

2012.

[31] Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, «Metodos generales para la evaluacion

subjetiva de la calidad de sonido (Cuestion UIT-R 55/6),» 1997. [En línea]. Available:

https://bit.ly/2KZh9Hl.


59

ANEXOS

A. Anexo 1. Hoja de cálculo Parámetros Thiele-Small

1) Altavoz 1:

En la figura 43 se observa la curva de impedancia del altavoz 1, la cual nos otorga los valores de

magnitud contra los valores de frecuencia, considerando que la frecuencia de resonancia se

determina como la frecuencia a la cual el altavoz tiene mayor impedancia se logra observar que

para el altavoz 1 la frecuencia de resonancia equivale a 85 Hz. la cual es corroborada en la parte

superior derecha de la tabla 7 (fila 4, columna 5) mediante la ecuación (1) del marco teórico.

Fig. 42. Curva de impedancia altavoz 1.

En la tabla 7 se observan todos los parámetros de Thiele-Small que se determinaron para el altavoz

1 (definidos en la tabla 1), de estos hay unos que se deben resaltar, se logra observar que el Qts

cumple con la característica especificada durante la metodología. Tambien se logra observar que

los valores de Vas son muy similares para las 3 diferentes masas que se utilizaron.

Se realiza un diseño de cajón acústico mediante un Qtc de 0,7 dado que en este valor se da una

curva optima para el altavoz y se determinan los valores de Vab (cajón cerrado) correspondientes

a cada masa agregada.

Como se observa en la tabla 7, los valores de Vab son mayores de 20 y menores que 80, lo que

implica usar un Ql de 7 y determinar los parámetros q, h, ripple y alpha de la tabla 8.


60

TABLA VII. PARÁMETROS PRINCIPALES ALTAVOZ 1.

Vmax(V) 0,34 f1 60

Vmin(V) 0,10 Fs 85

Vmid(V) 0,18 f2 120

Fteorica 84,85

zmax(𝛀) 48,9 r(cm) 8

zmin(𝛀) 8,16 Sd(m) 0,02

ro 5,99

Qms 3,47

Qes 0,69

Qts 0,58

EBP 122,39

Mx(kg) 0,0019 0,0014 0,0038

fsx(hz) 81,00 81,60 78,00

Mms 0,0188 0,0165 0,0203

Vas(m^3) 0,0107 0,0123 0,0100

Vas (lt) 10,75 12,26 9,96

Qtc 0,70

A 0,46

vab(lts) 26,46 26,46 21,49

Cms 0,00019 0,00021 0,00017

BL 10,85 10,16 11,27

n(%) 1,86 2,12 1,72

S(db/m*w*1Khz) 91,86 92,43 91,53

En la tabla 8 se evidencia el diseño del cajón acústico abierto Chevysheb de 4º orden, se determina

la frecuencia de sintonía (Fb) la frecuendia de corte (F3), el volumen neto necesario (Vb) y las

dimensiones del port necesarias (dv y Lv) con las ecuaciones (12) a (17). En esta tabla también se

determina diámetro del port a usar, las proporciones del cajón y se hallan las dimensiones de este.


61

TABLA VIII. DISEÑO VENTILADO PARA EL ALTAVOZ ALTAVOZ 1.

Ql 7,00

d(m) 0,16

Xmax(m) 0,003

h 0,69

alpha 0,30

q 0,61

ripple 0,27

Fb(hz) 58,65

F3(hz) 51,51

Vab (lts) 36,06

Vb(lts) 36,06

Dv1(m) 0,06

dv(construc) 0,08

SELECCIONA UN DIAMETRO MAYOR

AL DE LA CASILLA DE dv1

Lv 0,06

Vb(cm^3) 36063,44 A=veces L 1,5 P=veces L 0,8

L 31,09

A 46,64

P 24,87

En las tablas 9, 10 y 11 se evidencian los valores obtenidos mediante las mediciones de frecuencia

de resonancia con masa extra para las masas de 1.9g, 1,4g y 3.8g respectivamente. En estas se

encuentran valores de frecuencia, corriente, voltaje (en voltios y milivoltios) y de impedancia Las

casillas subrayadas muestran la frecuencia de resonancia en cada una de estas.


62

TABLA IX. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE 1,9 GRAMOS.

MX=1,9g

F(Hz) I(A) V(mv) V(v) Z(𝛀)

78 0,007 325,30 0,33 46,47

79 0,007 329,10 0,33 47,01

80 0,007 331,80 0,33 47,40

81 0,007 333,50 0,33 47,64

82 0,007 334,40 0,33 47,77

83 0,007 333,80 0,33 47,69

84 0,007 332,70 0,33 47,53

TABLA X. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE 1,4 GRAMOS.

MX=1,4g


78 0,007 328,40 0,33 46,91

79 0,007 331,50 0,33 47,36

80 0,007 333,20 0,33 47,60

81 0,007 333,80 0,33 47,69

82 0,007 333,90 0,33 47,70

83 0,007 332,70 0,33 47,53

84 0,007 330,70 0,33 47,24

TABLA XI. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 1 CON MASA EXTRA DE 3.8 GRAMOS.

MX=3,8g


78 0,007 332,90 0,33 47,56

79 0,007 333,60 0,33 47,66

80 0,007 332,90 0,33 47,56

81 0,007 330,90 0,33 47,27

82 0,007 328,10 0,33 46,87

83 0,007 324,50 0,32 46,36

84 0,007 319,80 0,32 45,69


63

2) Altavoz 2:

En la figura 44 se observa la curva de impedancia del altavoz 2, la cual nos otorga los valores de

magnitud contra los valores de frecuencia, considerando que la frecuencia de resonancia se

determina como la frecuencia a la cual el altavoz tiene mayor impedancia, se logra observar que

para el altavoz 2 la frecuencia de resonancia equivale a 84 Hz. la cual es corroborada en la parte

superior derecha de la tabla 7 (fila 4, columna 5) mediante la ecuación (1) del marco teórico.

Fig. 43. Curva de impedancia altavoz 2.

En la tabla 12 se observan todos los parámetros de Thiele-Small que se determinaron para el altavoz

2 (definidos en la tabla 1), de estos hay unos que se deben resaltar, se logra observar que el Qts

cumple con la característica especificada durante la metodología. También se logra observar que

los valores de Vas son muy similares para las 3 diferentes masas que se utilizaron.

Se realiza un diseño de cajón acústico mediante un Qtc menor que 0,7, dado que en este valor se

da una curva óptima para el altavoz y se determinan los valores de Vab (cajón cerrado)

correspondientes a cada masa agregada.

Como se observa en la tabla 12, los valores de Vab son mayores de 20 y menores que 80, lo que

implica usar un Ql de 7 y determinar los parámetros q, h, ripple y alpha de la tabla 13.


64

TABLA XII. PARÁMETROS PRINCIPALES ALTAVOZ 2.

Vmax(v) 0,37 f1 60

Vmin(v) 0,10 Fs 84

Vmid(v) 0,19 f2 120

Fteorica 84,9

zmax(𝛀) 52,93 r(cm) 8

zmin(𝛀) 8,26 Sd(m) 0,02

ro 6,41

Qms 3,54

Qes 0,66

Qts 0,55

EBP 128,20

Mx(kg) 0,0019 0,0014 0,0038

fsx (hz) 81,00 81,60 78,00

Mms 0,0252 0,0235 0,0238

Vas(mts^3) 0,0082 0,0088 0,0087

Vas (lt) 8,20 8,81 8,69

Qtc 0,60

A 0,18

vab 46,30 49,71 49,02

Cms 0,00014 0,00015 0,00015

BL (T*m) 12,94 12,49 12,58

n(%) 1,45 1,56 1,54

S(db/m*w*1Khz) 90,79 91,10 91,04

En la tabla 13 se evidencia el diseño del cajón acústico abierto Chevysheb de 4º orden, se determina

la frecuencia de sintonia (Fb) la frecuendia de corte (F3), el volumen neto necesario (Vb) y las

dimensiones del port necesarias (dv y Lv) con las ecuaciones (12) a (17). En esta tabla también se

determina diámetro del port a usar, las proporciones del cajón y se hallan las dimensiones de este.


65

TABLA XIII. DISEÑO VENTILADO PARA EL ALTAVOZ 2.

Ql 7,00

d(m) 0,16

Xmax(m) 0,003

h 0,72

alpha 0,33

q 0,63

riple 0,27

Fb(hz) 60,48

F3(hz) 52,67

Vab (lts) 25,01

Vb(lts) 25,01

dv1(m) 0,06

dv(construc) 0,08

Lv 0,11

SE SELECCIONA UN DIAMETRO MAYOR AL DE LA CASILLA DE

dv1

Vb(cm^3) 25010,79 A=veces L 1,5 P=veces L 0,8

L 27,52

A 41,28

P 22,02

En las tablas 14, 15 y 16 se evidencian los valores obtenidos mediante las mediciones de frecuencia

de resonancia con masa extra para las masas de 1.9g, 1,4 g y 3.8g respectivamente. En estas se

encuentran valores de frecuencia, corriente, voltaje (en voltios y milivoltios) y de impedancia Las

casillas subrayadas muestran la frecuencia de resonancia en cada una de estas.


66

TABLA XIV. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE 1,9 GRAMOS.

MX=1,9g


78 0,07 365,90 0,37 5,23

79 0,007 367,30 0,37 52,47

80 0,007 367,20 0,37 52,46

81 0,007 365,90 0,37 52,27

82 0,007 362,90 0,36 51,84

83 0,007 358,80 0,36 51,26

84 0,007 353,80 0,35 50,54

TABLA XV. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE 1,4 GRAMOS.

MX=1,4g


78 0,007 366,60 0,37 52,37

79 0,007 367,30 0,37 52,47

80 0,007 366,40 0,37 52,34

81 0,007 363,50 0,36 51,93

82 0,007 360,10 0,36 51,44

83 0,007 355,10 0,36 50,73

84 0,007 349,20 0,35 49,89

TABLA XVI. FRECUENCIA DE RESONANCIA PARA ALTAVOZ 2 CON MASA EXTRA DE 3.8 GRAMOS.

MX=3,8g


77 0,007 356,40 0,36 50,91

78 0,007 362,30 0,36 51,76

79 0,007 358,10 0,36 51,16

80 0,007 353,20 0,35 50,46

81 0,007 347,20 0,35 49,60

82 0,007 339,80 0,34 48,54

83 0,007 332,10 0,33 47,44

84 0,007 323,50 0,32 46,21


67

B. Anexo 2. Planos de construcción

La construcción de ambos cajones acústicos se realizó con láminas de triplex de pino de 1.5 cm de

grosor, a los bordes de cada lámina se les realizó un corte en ángulo (figura 45) con excepción de

la tapa posterior, la cual se dejó en ángulo recto para facilitar el armado y construcción de esta.

Fig. 44. Piezas del cajón.

Las dimensiones específicas del cajón (Figura 46) se determinan mediante el volumen de aire

necesario y las dimenciones de cámara de aire de las tablas 8 y 13 (ANEXO 1).

Fig. 45. Ensamble y medidas del altavoz.


68

Los materiales necesarios para la construcción son:

Triplex de pino (15mm de grosor).

Tubo de PVC (8cm de diametro).

Rejilla de protección para el port.

Colbón tipo madera.

Puntillas.

Sellador transparente.

Puerto Speakon NL4.

Se realizan todos los cortes necesarios en la madera: piezas necesarias de madera, angulación en

las juntas de cada pieza, soportes de la tapa, cortes circulares de port y altavoz y perforación para

la entrada speakon.

Teniendo todas las piezas listas, se procede con el armazón del cajón, pegando todas las juntas con

colbón madera y reforzándolas con puntillas de pulgada. Al tener el cajón armado, es necesario

sellar todas las juntas para evitar fugas de aire y garantizar la impermeabilidad de este.

Se instala el port y el speakon es su respectivo lugare y nuevamente se sellan usando sellador

transparente para piscinas. Por último se instala el altavoz; este lo pegamos al cajón con 8 tornillos,

no sin antes aplicar el sellador. Como resultado se tiene un pad de cajones acústicos de gran calidad,

funcionales y estéticos como se puede observar en el ejemplo de la figura 47.

Fig. 46. Apariencia del altavoz.


69

C. Anexo 3. Simulaciones WINISD.

Mediante el software libre de simulación WinISD se realizan las simulaciones pertinentes para

verificar tanto el funcionamiento de los altavoces como los cálculos realizados anteriormente

(tablas 8 y 13), en las figuras 48 y 51 se muestra la respuesta en frecuencia de los altavoces uno y

dos respectivamente, en un rango de frecuencias de 10Hz a 500 Hz y magnitudes en dBFs.

Fig. 47. Respuesta en frecuencia del altavoz 1.

En la figura 52 se corrobora la frecuencia de sintonía (Fb) y el volumen de aire neto(Vb) del altavoz

uno, determinados en la tabla 8 del ANEXO 1, también expresadas en la tabla 6.

Fig. 48. Fase altavoz 1.

Fig. 49. Dimensiones port altavoz 1.

Tanto los valores verificados como la respuesta en frecuencia se simulan ingresando los parámetros

descritos en la tabla 7 y utilizando el diámetro del port determinado a partir del cálculo (tabla 8,

Anexo 1).


70

Fig. 50. Respuesta en frecuencia del altavoz 2.

En la figura 49 se corrobora la frecuencia de sintonía (Fb) y el volumen de aire neto(Vb) del altavoz

uno, determinados en la tabla 13 del ANEXO 1, también expresadas en la tabla 6.

Fig. 51. Fase altavoz 2.

Fig. 52. Dimensiones port altavoz 2.

Tanto los valores verificados como la respuesta en frecuencia se simulan ingresando los parámetros

descritos en la tabla 12 y utilizando el diámetro del port determinado a partir del cálculo (tabla 13,

Anexo 1).

Como se logra observar en la figura 54, la diferencia entre ambas respuestas en frecuencia es

minuscula, lo cual corrobora que el ambos altavoces funcionan de manera similar, tanto en

frecuencia como en amplitud. Esto corrobora las mediciones realizadas en respuesta en frecuencia

(figura 36).


71

Fig. 53. Comparación de respuestas en frecuencia.

Por último se realiza la simulacion de las fases del ambos altavoces (figura 55), y se logra apreciar

que tienen un comportamiento en fase casi idéntico, por lo cual el sistema no presentará caídas de

nivel o atenuaciones en frecuencias a la hora de funcionar ambos altavoces a la vez.

Fig. 54. Comparación de fases.


72

D. Anexo 4. Datasheet.


73


74


75


76

E. Anexo 5. Medición de Patrón polar.

1) Altavoz 1:

TABLA XVII. MEDICIÓN DE PATRÓN POLAR ALTAVOZ 1.

31 63 125 250 500 1000

0 0,76 0,91 0,95 0,99 0,93 1,00

30 0,74 0,93 0,95 1,00 0,87 0,98

45 0,72 0,93 0,94 0,99 0,93 0,97

60 0,72 0,93 0,93 0,98 0,93 0,95

90 0,72 0,91 0,90 0,95 0,85 0,85

120 0,73 0,85 0,89 0,94 0,79 0,88

135 0,73 0,80 0,88 0,95 0,87 0,93

150 0,74 0,76 0,90 0,95 0,84 0,91

180 0,74 0,71 0,95 0,92 0,85 0,87

210 0,74 0,76 0,90 0,95 0,84 0,91

225 0,73 0,80 0,88 0,95 0,87 0,93

240 0,73 0,85 0,89 0,94 0,79 0,88

270 0,72 0,91 0,90 0,95 0,85 0,85

300 0,72 0,93 0,93 0,98 0,93 0,95

315 0,72 0,93 0,94 0,99 0,93 0,97

330 0,74 0,93 0,95 1,00 0,87 0,98


77

Fig. 55. Patrón polar en 31 Hz.

Fig. 56.Patrón polar para 63 Hz.

Fig. 57. Patrón polar para 125 Hz.



Fig. 60. Patrón polar para 1 KHz.


78

2) Altavoz 2:

TABLA XVIII. MEDICIÓN DE PATRÓN POLAR ALTAVOZ 2.

31 63 125 250 500 1000

0 0,76 0,90 0,93 0,98 0,89 1,00

30 0,71 0,91 0,93 0,99 0,87 1,00

45 0,71 0,91 0,93 0,97 0,92 0,97

60 0,69 0,91 0,91 0,96 0,91 0,96

90 0,71 0,89 0,88 0,93 0,88 0,87

120 0,72 0,85 0,89 0,93 0,84 0,90

135 0,73 0,80 0,88 0,94 0,86 0,93

150 0,73 0,75 0,88 0,94 0,81 0,90

180 0,73 0,68 0,94 0,90 0,80 0,89

210 0,73 0,75 0,88 0,94 0,81 0,90

225 0,73 0,80 0,88 0,94 0,86 0,93

240 0,72 0,85 0,89 0,93 0,84 0,90

270 0,71 0,89 0,88 0,93 0,88 0,87

300 0,69 0,91 0,91 0,96 0,91 0,96

315 0,71 0,91 0,93 0,97 0,92 0,97

330 0,71 0,91 0,93 0,99 0,87 1,00


79






Fig. 66. Patrón polar para 1 KHz.


80

F. Anexo 6. Pruebas subjetivas.

TABLA XIX. PRUEBA SUBJETIVA RESPUESTA EN FRECUENCIA.

¿Considera que el rango de respuesta en frecuencia del

sistema OPSODIS es?

¿considera que la respuesta en frecuencia del sistema

OPSODIS con el sistema de refuerzo es?

Malo Insuficiente Adecuada Buena Excelente Malo Insuficiente Adecuada Buena Excelente

L1 1 1

L2 1 1

L3 1 1

L4 1 1

L5 1 1

L6 1 1

L7 1 1

L8 1 1

L9 1 1

L10 1 1

L11 1 1

L12 1 1

L13 1 1

L14 1 1

L15 1 1

Suma 0 0 11 4 0 0 0 0 5 10

Porc.(%) 0 0 73,3 26,7 0 0 0 0 33,3 66,7

Fig. 67. Porcentajes prueba subjetiva Espacialización

sistema OPSODIS.

Fig. 68. Porcentajes prueba subjetiva Espacialización

sistema completo.


81

Tabla XX. Prueba subjetiva Espacialización.

¿Cómo considera el fiuncionamiento del sistema

OPSODIS en cuanto a espacializacion?

¿Cómo considera el fiuncionamiento del sistema

OPSODIS con el refuerzo en cuanto a espacializacion?

Malo Insuficiente Adecuada Buena Excelente Malo Insuficiente Adecuada Buena Excelente

L1 1 1

L2 1 1

L3 1 1

L4 1 1

L5 1 1

L6 1 1

L7 1 1

L8 1 1

L9 1 1

L10 1 1

L11 1 1

L12 1 1

L13 1 1

L14 1 1

L15 1 1

Suma 0 0 0 11 4 0 0 2 4 9

Porc.% 0 0 0 73,3 26,7 0 0 13,3 26,7 60

Fig. 69. Porcentajes prueba subjetiva respuesta en

frecuencia sistema OPSODIS.

Fig. 70. Porcentajes prueba subjetiva respuesta en

frecuencia sistema completo.


82

TABLA XXI. PRUEBA SUBJETIVA DESEMPEÑO DEL SISTEMA DE REFUERZO.

¿Considera que el sistema de refuezo

desempeña su tarea de manera?

Mala Insuficiente Adecuada Buena Excelente

L1 1

L2 1

L3 1

L4 1

L5 1

L6 1

L7 1

L8 1

L9 1

L10 1

L11 1

L12 1

L13 1

L14 1

L15 1

Suma 0 0 1 5 9

Porc.(%) 0,0 0,0 6,7 33,3 60,0


83

G. Anexo 7. Licencias.

WaveForms (software libre) solo funciona mediante el hardware DIGILENT.

Rhino(prueba gratis 30 dias)

Smaart V8 (prueba gratis 30 dias)

Sketchup pro 2017 (versión estudiantil)

Win ISD (software libre)

H. Anexo 8. Especificaciones.

1) Sherwood S7:

a) Entradas y Salidas:

Entrada HDMI x3

Salida HDMI 1 (3D, ARC, CEC)

AUX (analógico)x 1

Óptico (Digital) x1

b) Altavoz:

Woofer: Cono de 5", impedancia: 6 ohmios

Tweeter low: Domo de 1", impedancia: 6 ohmios

Tweeter High: Domo de 0.8", impedancia: 6ohmios

Rejilla delantera de tela

c) General:

Requisitos de alimentación: CA 100-240 V, 50/60 Hz (CC 24 V)

Consumo de energía: AC 45W (DC 1.8A)

Tamaño: 1055 W x 145 H x 130.5 D mm

Peso: 6.3kg

2) Agilent 33220A

Formas de onda seno y cuadrad 20MHz

Formas de onda de impulso, rampa, triangular, ruido y DC.

14-bit, 50MSa/s, 64 K-point formas de onda arbitrarias.

Modulación tipo AM, FM, PM, FSK y PMW.

Barridos lineales y logaritmicos.


84

Rango de amplitud de 10 mVpp a 10mVpp.

modo grafica para la verificacion de la señal.

conección via USB, GPIB y LAN.

3) Fluke 115

Maximo voltaje entre cualquier terminal y tierra: 600 V.

Protección contra sobretensiones pico de 6 kV según IEC 61010-1 600 VCAT III, grado de

contaminación 2

Fusible para entrada A 11 A, 1000 V FAST FUSIBLE (Fluke PN 803293)

Pantalla digital: 6,000 conteos, actualizaciones 4 / seg

Gráfico de barras 33 segmentos, actualizaciones 32 / seg

Temperatura de funcionamiento -10 ° C a + 50 ° C

Temperatura de almacenamiento -40 ° C a + 60 ° C

Batería de 9 voltios alcalina, NEDA 1604A / IEC 6LR61.

Duración de la batería 400 horas típica, sin retroiluminación

4) Cesva Sc310

Sonómetro clase 2.

Comunicación USB y RS-232.

Analizador por banda de octava y tercio de octava.

Medición de tiempo de reverberación.

Medición de todos los parametros simultaneamente con

ponderaciones en frecuencias A, C y Z.

Una única escala.

Cumple con metrologia legal.

TABLA XXII. DURACIÓN MÁXIMA

DE LAS MEDICIONES.


85

5) Crown XLS 402

a) General:

4-ohm Estereo (por canal): 300w.

8-ohm Estereo (por canal): 200w.

8-ohm Modo puente-Mono: 600w.

b) Características:

Sensibilidad (voltios RMS) para una potencia nominal máxima a 4 ohmios: 1.25.

Respuesta de frecuencia (a 1 vatio, 22 Hz - 20 kHz): +0 dB, -1 dB.

Relación de señal a ruido por debajo de la potencia nominal (20 Hz a 20 kHz, entradas

terminadas): ponderado A, potencia nominal inferior :> 100 dB Sin ponderación, por debajo de

la potencia nominal: > 95 dB

Distorsión Armónica Total (THD) a 1 potencia de ancho de banda completo, de 20 Hz a 1 kHz:

<0.5%.

Distorsión de Intermodulación (IMD) 60 Hz y 7 kHz a 4: 1, desde la potencia nominal máxima

a -30 dB: <0.3%.

Factor de amortiguación (8 ohmios): 10 Hz a 400 Hz: > 200.

Diafonía (por debajo de la potencia nominal): a 1 kHz: -75 dBat 20 kHz: -50 dB.

Impedancia de entrada (nominal) (equilibrada, desequilibrada): 20 kilohmios, 10 kilohmios.

Impedancia de carga estéreo: 4-8 ohms, Bridge mono : 8 ohmios

Configuraciones de voltaje y frecuencia de línea de CA disponibles (+/- 10\%): 120 VCA 60

Hz100 VCA 50/60 Hz220 VCA 50 Hz230-240 VCA 50 Hz.

Ventilación: ventilación de flujo de adelante hacia atrás

Dimensiones: ancho, alto, profundidad XLS 202, XLS 402, XLS 602, XLS 802: estándar EIA

19 "W (EIA RS-310-B) x 3.5" (8,9 cm) alto x 15,2 "(38,6 cm) D. XLS 5000: EIA estándar 19

"W (EIA RS-310-B), 5,25" (13,3 cm) H x 15,5 "(39,5 cm) D.

Peso neto, Peso de embarque: XLS 202: 23.0 lb (10.4 kg), 28.0 lb (12.7 kg) XLS 402: 25.7 lb

(11.7 kg), 30.7 lb (13.9 kg) XLS 602: 29.0 lb (13.2 kg), 34.0 lb (15.4 kg) XLS 802: 35.5 lb (16.1

kg), 40.5 lb (18.4 kg) XLS 5000: 62.0 lb (27.7 kg), 74.0 lb (33.6 kg).

6) Dbx RTA-M

Patrón polar: Omnidireccional.


86

Elemento: espalda electret-condensador.

Respuesta de frecuencia: 20 Hz - 20 kHz.

Impedancia: 250 30\% (a 1.000 Hz).

Sensibilidad: -63 dB + -3 dB (0 dB = 1V / microbar 1,000 Hz indicados por circuito abierto).

Voltaje de funcionamiento: alimentación phantom 9V-52VDC.

universidad de san buenaventura colombia facultad de...

Documents