De la Investigación al Producto: John Meyer habla sobre el desarrollo de los Altavoces Autoamplificados CQ

(Nota Introductoria: En 1995, Meyer Sound fué contratado para reemplazar el sistema de sonorización existente en el San Francisco War Memorial Opera House. El Opera House fué cerrado en Julio de 1995 para realizar una extensa renovación, debido, al menos en parte, a los daños causados por el terremoto de Octubre de 1989. Las temporadas de ópera de 95-96 y 96-97 fueron cambiadas al Bill Graham Civic Auditorium. El proyecto de renovación de más de 84 millones de dólares está programado para su término en Julio de este año, y el Opera House reabrirá con una celebración de su 75va temporada de aniversario el 5 de Septiembre, con la producción de "Tosca" - la cual inauguró el teatro en 1932.)

Cuando nos pidieron un arreglo para reemplazar los UPA's instalados en el Opera House, el reto para nosotros era lograr mayor inteligibilidad con un sistema de sonorización mínimo.

Nuestro primer paso para ello, fué dirigir una prueba auditiva en el Opera House usando nuestro MSL-4 - un altavoz autoamplificado, arreglable, de tiro largo y Q alto (alta direccionalidad). Realizamos nuestras mediciones de los MSL-4 para asegurarnos que estuvieramos obteniendo mayor Q que con las UPA's - esto es, más sonido directo al público y menos reflexiones de las paredes. Las pruebas auditivas en el Opera House, demostraron ser exitosas y benéficas. Básicamente, pensamos que la cuestión estaba decidida: Diseñaríamos un nuevo sistema basado en los MSL-4's. Esto sin embargo, no fué el caso.

El MSL-4, resultó ser 10 centímetros demasiado profundo para montarlo arriba del proscenio del Opera House. Usándolos como se debía, los MSL-4 bloquearían parcialmente la vista desde los palcos a ambos lados del escenario. Y, por varias razones, cualquier cambio estructural a la fachada del proscenio estaba fuera de discusión.

Estabamos ahora enfrentándonos a tener que rediseñar el MSL-4, que acabábamos de desarrollar, de manera que se adecuara a esta aplicación en particular. La idea de rediseñar el MSL-4 simplemente para quitarle 10 centímetros de profundidad, no nos hacía muy felices.

Roger Gans, diseñador de sonido para el Opera, esencialmente nos había dado luz verde para rediseñar el MSL-4. Pero pensamos que, ya que la Compañía del Opera House tenía que realizar un gran cambio para sus temporadas de '95 - '96 y '96 - '97 al trasladarse al Civic Center, quizás nos tendríamos el tiempo y el permiso para construir un sistema en la forma que quisieramos. Esto de hecho, fué lo que sucedió.

Hacia Criterios de Prueba Más Sofisticados

No mucho antes de que el proyecto del Opera House comenzara, fuí invitado para participar en un concurso de comparación en el que estaba participando uno de nuestros productos, en una firma de arquitectura en Japón, en donde tenían una enorme cámara anecóica. La experiencia me convenció de que en la acústica arquitectónica se trabaja a un nivel diferente que en la fabricación de altavoces. Los arquitectos y los diseñadores de sonido, quieren ver una dispersión sonora que puedan dibujar con regla y transportador: básicamente, un altavoz que se comporte como un proyector. Esta gente usa criterios de prueba que están a otro nivel de sofisticación de aquellos a los que están acostumbrados la mayoría de los diseñadores de altavoces.

Soy un gran creyente en los números. Prefiero dirigir las pruebas en un ambiente completamente controlado, donde se puedan acumular datos y repetir pruebas indefinidamente para su comparación. En una cámara anecóica, la reverberación, generalmente destructiva para la inteligibilidad, puede ser totalmente eliminada y las características del altavoz pueden ser estudiadas minuciosamente - antes de utilizarlo en un ambiente con paredes. Más aún, de manera que sea inteligible cada nota producida por una voz, esta tiene que estar por encima del nivel de ruido de la sala. Y eso también puede ser medido.

Existe un excelente estudio - una serie de artículos de hecho, escrito en alemán - que muestra tales números. (Hemos tenido que contratar la asistencia de un profesor de habla alemana, el Dr. Henrik Staffeldt del Departamento de Electrónica Aplicada de la Universidad Técnica de Dinamarca, para poder utilizar esta información).

Construímos una Cámara Anecóica

Para poder participar a ese nivel de análisis y tecnología, sentí que era necesario que Meyer construyera su propia cámara anecóica para pruebas. Primero tuvimos que explicarle a nuestro banco que ésta era una inversión que valía la pena - y no solamente para las necesidades del proyecto del Opera House. Después de todo, una cámara anecóica es una inversión de largo plazo. Sabíamos que tomaría al menos tres años antes de que la cámara llevara al desarrollo de un producto nuevo y se justificara su costo. Una vez que superamos este obstáculo financiero, el camino estaba despejado para construir una cámara para pruebas muy sofisticada.

La típica cámara anecóica es un asunto muy complejo y engorroso: un cuarto de dos pisos de alto, encordado con una red de alambres de acero o nylon para colocar múltiples micrófonos y poder así, medir el sonido producido por una fuente puntual, esencialmente inmóvil. Las mediciones se realizan colocando un arreglo de micrófonos - lo que puede ser muy caro y tardado. Además, este tipo de arreglo no puede proporcionar precisión de menos de 10 grados - y estabamos buscando mediciones mucho más precisas que eso. Además, cuando se empieza a tratar con más de dos altavoces en un arreglo, los patrones de interferencia son mucho más finos que 10 grados. El fenómeno denominado ripple (perturbaciones en la respuesta de frecuencia que en el mejor de los casos producen rizado, y en el peor de los casos llegan a producir cancelaciones acústicas) está por todos lados y sobretodo, dentro del rango audible.

Atacamos el problema desde otra dirección: Empezamos a pensar en construir una cámara donde pudieramos utilizar un micrófono estacionario mientras movíamos la fuente sonora con gran precisión.

Llamé a diferentes compañías que construyen telescopios y espejos gigantes para detectar objetos astronómicos. Ello me llevó hasta una compañía que construye mecanismos de posicionamiento controlados por computadora, para el Jet Propulsion Laboratory. Estos mecanismos son capaces de mover objetos muy grandes y pesados, con una gran precisión, de hecho, de hasta una centésima de grado. Construir un mecanismo que garantizara tal precisión de hasta una décima de grado - lo que permitiría mediciones de hasta mil veces mayor precisión que los de una cámara anecóica típica - no fué ningún problema para esta compañía. Trabajando con estas personas, llegamos al diseño de un posicionador de altavoces, por medio de servosistemas, que sostendría un objeto de 500 kilos y lo rotaría en incrementos de un grado, tanto vertical como horizontalmente.

Después, contactamos una compañía para construir una cámara alrededor de este dispositivo de posicionamiento, la cual proporcionaría altas condiciones ambientales - absorción mayor a 85 dB - en otras palabras, un cuarto virtualmente sin reflexiones.

Ahora teníamos la cámara anecóica más precisa del mundo, y estabamos listos para abordar el proyecto del Opera House.

Tecnología Avanzada y el Producto CQ

El proyecto del Opera House nos ofreció la oportunidad de desarrollar un difusor de trompeta, de respuesta extremadamente suave, en un momento en el que la industria casi se había convencido de que los difusores de trompeta siempre presentarían ripple, y además había abandonado la esperanza de desarrollar un producto que no exhibiera esta característica.

Lo que hace a los difusores de trompeta sonar como trompetas, es que crean su propia reverberación. La intención, es minimizar dicha característica, al punto en que esta reverberación o efecto de ripple, sea inaudible. Este es un problema enormemente complejo, el cual ocurre en tres dimensiones sobre un rango de frecuencia de ocho octavas - y apenas estamos empezando a utilizar grandes cantidades de poder de cómputo en paralelo para enfrentar el problema.

Con ello en mente, buscamos lograr el objetivo técnico específico, predeterminado por el Opera House. El objetivo era crear un altavoz con un patrón de dispersión muy preciso de 50 grados horizontales por 40 grados verticales.

Después de cuatro meses de probar cada tipo de difusor de trompeta que hubiera sido construida - incluyendo diseños hasta de los treintas - y midiéndolas con una resolución de 1/24 de octava, y también con una buena cantidad de prueba y error, fuímos capaces de desarrollar un difusor de trompeta altamente direccional, junto con su caja acústica y electrónica propia, que vino a ser el altavoz para sonorización CQ (Factor de direccionalidad Constante). Tomó otro año refinar el producto.

Esencialmente, el avance tecnológico aquí, fue que fuímos capaces de crear un difusor de trompeta donde no se puede oír el sello característico de una trompeta, suena más bién como un tweeter de domo suave, pero en realidad supera el diseño de un domo suave que no ofrece ningún control direccional.

El CQ es un sistema completo - un altavoz autoamplificado que es fácil de instalar y usar en cualquier ambiente acústico, donde una cobertura extremadamente estrecha y la anulación del derrame de energía sean críticos. El diseño del CQ verdaderamente permite que no sea necesario ser adivino en la colocación de altavoces.

En lo que respecta al problema del tamaño, que fué el principal factor en el diseño del CQ, las medidas finales son las siguientes: los CQ-1 y CQ -2 tienen 53 cm de anchura por 76 cm de altura por 57 cm de profundidad - 19 cm menos que el MSL-4. El CQ-1 tiene un patrón de dispersión de 80 grados horizontales por 40 grados verticales, y el CQ-2 tiene un patrón de 50 grados horizontales por 40 grados verticales. Ambos productos tienen menor direccionalidad (Q más bajo) que el MSL-4 que es más direccional.

Probando el CQ

El CQ fué probado en etápa beta (versión prototipo) en el acústicamente problemático Bill Graham Civic Auditorium, hogar temporal de la Compañía de Opera de San Francisco, mientras que el War Memorial estaba bajo renovación. En el Centro Cívico, un arreglo suspendido que consistía de un CQ-2 rodeado por cuatro CQ-1's, proporcionó cobertura desde las butacas del área de orquesta hasta los palcos del auditorio. Entonces, para el tiro más largo, hasta el nivel del balcón, instalamos un cluster de MSL-4's. Diseñado para tiros máximos de 30 a 40 metros, el MSL-4 tiene considerablemente mayor alcance que el CQ. Escogimos el MSL-4 porque sabíamos que complementaría perfectamente la cobertura de los CQ's y proporcionaría un sistema bien balanceado para un sonido óptimo. La sala fué aún más reforzada con seis CQ's adicionales, retrasados, como un sistema surround.

En el Opera House, seis CQ's serán instalados en total. Los CQ-1's de 80 grados cubrirán las áreas de downfill (áreas de cobertura hacia abajo), espaciados tan ampliamente como sea posible, pero ofreciendo tan poca interferencia o ripple como sea posible. Tanto los productos de 50 grados como los de 80 grados están diseñados para ser usados individualmente pero pueden ser utilizados en arreglos. Si se encuentra el punto correcto, el CQ de hecho puede tener un excelente funcionamiento en arreglos.

Hacia el Futuro

Actualmente, los CQ's están siendo utilizados en varios espectáculos - Smoky Joe's Cafe, El Rey y Yo, El Rey León de Disney, y La Bella y la Bestia.

El CQ abre las posibilidades para otro tipo de representaciones en el Opera House - ballet, por ejemplo - donde es deseable una sonorización sutil. Además, el CQ y la investigación detrás de él, abre muchas posibilidades para realzar la música clásica - aplicaciones en donde de otra manera la gente se retiraría del PA. Cualquier aplicación de sonorización donde la imágen sonora es de importancia, tales como mezcla y reproducción de sonido surround en 5 canales para películas, se beneficiarían enormemente de una bocina con una respuesta de frecuencia uniforme de 40 Hz a 18 kHz sobre el área total de cobertura en ambos ejes, vertical y horizontal sin derrame ni lobeos laterales.