por John Meyer
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Fotos por Tara Meyer
En Noviembre de 1994, nos embarcamos en Meyer Sound en el diseño y construcción de nuestra propia cámara anecóica. Después de una cuidadosa evaluación de las alternativas, decidimos que tal recinto era una herramienta esencial para diseñar nuevos sistemas de altavoces que trabajaran con la precisión que se necesita en aplicaciones críticas de sonorización.
La mayoría de las cámaras anecóicas de tamaño y calidad significativas son propiedad de universidades o de agencias gubernamentales tales como la NASA y el Ejército. Sospecho que la mayoría de las compañías sienten que el costo de una cámara anecóica es injustificado, especialmente en estos días, ya que muchos han llegado a creer que los mismos resultados pueden ser obtenidos mediante modelación por computadora.
Yo difiero fuertemente de tal punto de vista. Existen simplemente demasiadas variables en el diseño de altavoces (en particular en el diseño de difusores de trompeta de alta direccionalidad) para permitir predicciones precisas mediante los programas de modelación por computadora disponibles actualmente. Nuestra experiencia ha demostrado que algunas predicciones pueden tener imprecisiones de hasta 15 dB, lo cual es totalmente inaceptable. En Meyer Sound, consideramos que incluso desviaciones de 5 grados - aceptadas como tolerancias estándar por muchos en la industria - son demasiado amplias para el trabajo crítico en el diseño de calidad. Para el diseño de sistemas altamente direccionales (Q alto) de rango completo, solamente confiamos ahora en mediciónes exactas, hasta de un solo grado y preferiblemente menos. Una cámara anecóica es aún, la única manera de obtener estos datos confiablemente.
La cámara anecóica de Meyer Sound ha estado funcionando por más de dos años. Como se esperaba, esta extraordinaria herramienta de medición nos permite diseñar productos con patrones de dispersión más consistentes, y también acelera nuestro nuevo ciclo de desarrollo de productos. Un caso en cuestión es nuestra nueva serie CQ, la cual ha sido nominada para el prestigiado premio TEC. Diseñar tales sistemas habría sido una pesadilla sin la cámara. Más adelante haré comentarios al respecto.
Anatomía de un Cuarto Muerto
La cámara anecóica ideal es un recinto totalmente libre de reverberaciones acusticas. Cualquier sonido proyectado dentro del recinto, a cualquier frecuencia, es completamente absorbido.
Por supuesto, ningúna cámara anecóica es perfecta. Es útil construir un recinto tan grande como sea posible: la ley del inverso del cuadrado dicta que la energía sonora se disipará, de manera que cada metro cuadrado de la superficie interna tendrá menos energía que absorber. Recíprocamente, un recinto más pequeño requerirá mayor o mejor absorción del sonido para obtener el mismo efecto. Esto es particularmente cierto para las bajas frecuencias, es por ello que las cámaras más pequeñas solamente tendrán una absorción efectiva hasta un límite inferior de quizas 100 Hz más o menos.
La efectividad de una cámara anecóica se mide en dB de rechazo (la relación entre el sonido directo y el sonido reflejado dentro de un recinto). La nueva cámara de Meyer Sound proporciona un rechazo mayor a 80 dB entre 80 Hz y 20 kHz, lo cual es excelente para una cámara de tamaño mediano. Por cierto, aún salimos a exteriores para pruebas por debajo de los 80 Hz, pero las pruebas de altas frecuencias en exteriores son notablemente poco confiables, debido al viento y cambios de temperatura. Para medir las críticas octavas medias y superiores, una cámara anecóica sigue siendo la única herramienta verdaderamente confiable para realizar mediciones precisas.
Construida para Durar
La estrucura externa de concreto de la cámara de Meyer Sound, fué construida con la solidez del garaje de una estación de llenado de gasolina de los años treintas. Cerca de dos tercios de la estructura sirven ahora para la cámara misma, y el resto aloja el laboratorio de análisis.
Contactamos a Industrias Enckel de Cambridge, Massachusetts, el líder mundial en materiales de absorción acústica, y le pedimos que diseñara una cámara que cumpliera nuestros requerimientos de trabajo. Paso siguiente, se construyeron las paredes internas, y un sistema de rejillas fué colocado para las cuñas de absorción. El equipo de Enckel entonces trajo dos trailers de 10 metros llenos de sus cuñas de fibra de vidrio de punta chata y cubiertas de espuma de un metro de largo. Fijaron las cuñas para muros y techo y pegaron todas las cuñas del piso verticalmente sobre tableros con rodillos, para permitir libertad de movimiento durante el montaje. Durante los barridos de frecuencia de las pruebas, el piso completo es cubierto, excepto por una pequeña área ocupada por el posicionador de la bocina (que tiene tratamiento absorbente sobre todas las superficies expuestas). Las dimensiones de trabajo internas de la cámara terminada son aproximadamente 1.8 m.de alto por 3 m. de ancho y 8.2 m. de largo.
Precisión Astronómica. Literalmente.
Soy un gran creyente en los números, y en la importancia de las mediciones precisas. He encontrado que en el campo del diseño de cajas acústicas de alta direccionalidad, las tolerancias de diez o hasta cinco grados son de validez limitada. Lo que deseábamos era un sistema que pudiera medir con precisión la respuesta hasta en un grado o menos.
El método tradicional de colocar micrófonos en un arco alrededor del altavoz sencillamente no nos daría la precisión que necesitabamos. Tal método es difícil de montar y está sujeto al error humano, por lo que no hay manera de automatizar completamente las pruebas para repetirlas con precisión.
Por lo tanto, decidimos utilizar un micrófono fijo y encontrar una manera de rotar e inclinar el altavoz en pequeños incrementos, con procedimientos de medición totalmente automatizados. Esta idea requeriría de un dispositivo capaz de mover un objeto grande y pesado con precisión absoluta.
Afortunadamente, la gente que fabrica monturas para telescopios astronómicos para observatorios ya tenía lista la tecnología necesaria. "¿Rotarlo una décima de grado? ¡No hay problema! ¿Sostener un altavoz que pesa 360 kilos con estabilidad absoluta? ¡Fácil!" Por supuesto, las grandes monturas computarizadas para telescopio no son dispositivos que se fabriquen en masa, y nuestro posicionador requería de una extensa modificación sobre los diseños estándar previos. Consecuentemente, estaba muy lejos de ser barato.
DFM Engineering de Longmont, Colorado, hizo un magnífico trabajo en nuestro dispositivo, construyeron el brazo, los soportes, y los servomecanismos. También proporcionaron una computadora y el software para el reposicionamiento automático en cualquier incremento que se desée durante los barridos de prueba. Los comandos de posicionamiento son presentados en centésimas de grado, con una precisión garantizada de una décima de grado.
Afortunadamente, según lo que sabemos, este nuevo posicionador le dá a Meyer Sound la herramienta más precisa para pruebas de patrones de dispersión en toda la industria del audio profesional.
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Probando, Probando, 1, 2, 3...
En una sesión típica de pruebas, el altavoz que se va a medir es alimentado con ruido rosa, y el posicionador es programado para un barrido de 360 grados en incrementos de un grado. Un barrido completo en un plano toma alrededor de 20 minutos. La señal acústica es capturada por un solo micrófono Brüel & Kjær. Utilizamos cápsulas de 1/4 ó 1/2 pulgada; cada cápsula tiene un calefactor interno para eliminar cualquier desviación debida a la acumulación de humedad .
Después de amplificar la señal a través de un preamplificador Brüel & Kjær, la señal adquirida entra en un analizador SIM System II modificado, el cual genera 20 promedios por análisis de Transformada Rápida de Fourier (FFT por sus siglas en Inglés) de 8000 puntos. Nuestro software de diseño propio toma los datos en bruto y los convierte en información de 1/30 de octava mediante un algoritmo desarrollado en conjunto con el Dr. Henrik Staffeldt de la Universidad Técnica de Dinamarca. Los datos son formateados y almacenados en una computadora Pentium con sistema operativo OS/2.
Después de realizar un barrido horizontal, volteamos físicamente el altavoz sobre la montura del posicionador para hacer un barrido vertical, y usualmente también hacemos unos cuantos barridos diagonales. Nuestro objetivo es capturar una "huella dactilar" completa y absolutamente precisa del dispositivo bajo prueba.
Míralo de Esta Manera, o de Aquella Manera.
Nuestro siguiente reto es encontrar una manera de presentar todos los datos en una forma significativa. Actualmente usamos varios programas para mostrar la información tanto en plataformas Pentium como Mac. Nuestras opciones de impresión incluyen: patrones polares, gráficas de "cascada" (en las que se muestra la atenuación de la respuesta a través del tiempo), e isobaras de presión (mapas de "clima"). La enorme cantidad de información en bruto que tenemos a la mano nos permite generar gráficos de muy alta resolución.
Sin embargo, mi opinión es que las gráficas en dos dimensiones son inadecuadas para representar lo que es inherentemente un fenómeno tridimensional, así que estamos trabajando para adaptar programas de graficación computarizada para aceptar nuestros datos.
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La Primera Retribución
En 1995, Meyer Sound fué contactado para reemplazar el sistema de sonorización en el San Francisco War Memorial Opera House. Habíamos planeado utilizar nuestros sistemas MSL-4, pero resultó que los MSL-4 eran diez centímetros demasiado profundos. No cabrían bajo el espacio permitido sobre el proscenio.
Ello significaba que teníamos que diseñar una nueva caja acústica de alto rendimiento y alta direccionalidad que fuera más pequeña que el MSL-4. Utilizamos la cámara para medir de manera precisa casi cada tipo de difusor de trompeta que haya sido hecho, desenterrando inclusive diseños hasta de los años treintas. Después de un año de pruebas y de afinar varios prototipos, sacamos el paquete de altavoz/difusor de trompeta/electrónica que es ahora el CQ-1 y el CQ-2. Estas cajas son 19 cm. más cortas que el MSL-4 y aún así, son solamente ligeramente menos direccionales. Quizas aún más significativo es el hecho de que el difusor de trompeta de la serie CQ no tiene la típica "firma" de trompeta; tiene un sonido abierto y natural, característico de un tweeter de domo suave.
Sencillamente, no habríamos podido desarrollar la Serie CQ, en el mismo plazo de tiempo sin la cámara. De hecho, dudo que hubieramos podido lograr el mismo desempeño sin utilizar la cámara y sin importar cuanto tiempo se hubiera tomado. Fué una herramienta indispensable para llevar al mercado la Serie CQ, y estoy seguro de que continuará jugando un papel fundamental en el programa de Investigación y Desarrollo de Meyer Sound en los años por venir.
Los Hermanos y Hermanas de la Cámara
Hacer nuestro sueño de una cámara anecóica, una realidad, fué un esfuerzo de grupo. Casi todos en Gerencia e Ingeniería en Meyer Sound estuvieron involucrados en algún punto, pero me gustaría dar crédito en particular a Pete Soper y Fred Weed. Ambos jugaron papeles clave al crear la cámara y desarrollarla como una herramienta funcional para procedimentos críticos de medición de altavoces.
