Platicando Con John

Difusores de trompeta exponenciales de 1.22 y 2.45 metros de diámetro
en Pepperland, San Rafael, California, alrededor de 1969 - 1970
Este sistema cuadrafónico biamplificado, fué usado entre otros por,
Steve Miller, Pink Floyd, Frank Zappa y muchos otros

Subwoofers Autoamplificados

Meyer Sound ha desarrollado tres tipos de subwoofers autoamplificados para ser usados en sistemas de sonido.

El primer grupo es el de diseño bass reflex (de reflexión de graves, también llamado reflector de graves). Este incluye tanto el 650P como el PSW-2. Un sistema bass reflex bien diseñado, es dos veces más eficiente que un altavoz tipo radiador directo. Además, el diseño bass reflex tiene la ventaja extra de acoplar los altavoces, para lograr una excursión (desplazamiento) más baja. Sin embargo, no ofrece acoplamiento de los altavoces por debajo de la frecuencia de resonancia. Es como si la caja acústica desapareciera. No solamente se tiene que diseñar para obtener una respuesta de frecuencia plana, sino que se tiene que cuidar la excursión del cono y monitorear la potencia promedio.

El diseño del 650 se remonta al primer subwoofer que Meyer Sound desarrolló para el estreno de la película Apocalypse Now (del director Francis Ford Coppola) en 1980, en 70mm y 6 canales de audio. El sistema era el tradicional diseño de cuarto orden de Q alto, con una sola bocina de 18 pulgadas de diámetro, montada en una caja acústica de 15 pies cúbicos afinada a 27 Hz. Esto daba una respuesta de hasta 25 Hz. El sistema incluía un controlador (650 E), que era insertado entre el amplificador de potencia y el altavoz. El controlador era responsable de la supervivencia del sistema bajo cualquier condición de señal, lo cual lograba de una manera muy elegante. Añadir otro altavoz de 18 pulgadas a la misma caja acústica (650 R2) y manejar los altavoces juntos, de forma que actúen como un solo pistón (dando el equivalente a un pistón de 24 pulgadas de diámetro), en cierta manera "desafina" la caja de diseño bass reflex. Aunque la eficiencia de esta nueva caja acústica de diseño bass reflex sea menor, las ventajas superan esta pequeña pérdida. La principal ventaja de esta nueva caja acústica de Q medio, es una mejor amortiguación que en la caja acústica de Q alto. Las cajas acústicas bass reflex de Q alto eran utilizadas con frecuencia en las rockolas, dándoles ese característico sonido de una nota. Algunos subwoofers para conciertos que tienen ese grave retumbante de una sola nota, aún se venden hoy. La ventaja de usar dos altavoces en lugar de un solo cono grande es doble.

Primero, con dos altavoces se puede utilizar el doble de la potencia en el sistema. Esto contrarresta la baja eficiencia. La otra ventaja principal, es que las características direccionales se incrementan por la separación entre los transductores. Esto significa que la salida en el eje puede ser hasta 6 dB mayor, comparada con la de un solo cono de 24 pulgadas. Por otro lado, los pistones de mayor tamaño, son más susceptibles de romper el cono. El nuevo 650-P consiste de dos altavoces de 18 pulgadas, altamente eficientes, montados en una caja acústica de 12 pies cúbicos afinada a 32 Hz, e incluye el controlador y los amplificadores de potencia.

El diseño del PSW-2 viene del popular USW de diseño bass reflex, de Q bajo, con dos conos de 15 pulgadas, bien conocido por su ñapretado sonido de gravesî. Este sistema está diseñado para reproducir hasta 40 Hz en una caja acústica muy compacta y arreglable de 8 pies cúbicos.

El criterio mencionado arriba, está basado en ondas senoidales constantes y ruido rosa (pink noise). Esto significa que un tono de una sola frecuencia es aplicado a la entrada del subwoofer y su nivel es lentamente incrementado, hasta que el nivel de presión sonora (dB SPL) alcance la máxima salida en dicha frecuencia, con los armónicos mostrando 20 dB menos que la señal de prueba (10% de distorsión armónica total). El micrófono de medición debe ser del tipo de alta presión, para asegurarse que no introduce su propia distorsión a la medición. Sin embargo, esta medición no representa señales musicales. El nivel promedio a pico de una onda sinusoidal es de apenas 3 dB. Raramente en la música es tocado un solo tono por un periodo grande de tiempo. Las señales musicales están hechas de impulsos de tonos, ricos en armónicos. Generalmente el nivel promedio a pico de una señal musical varía desde 10 hasta 30 dB. El ruido rosa tiene una estructura armónica compleja, que consiste de muchas frecuencias al mismo tiempo, de manera que puede sustituir este aspecto de la música. También puede tener un alto nivel promedio a pico. Lo más dificil de medir, es la naturaleza impulsiva de la música. Un tambor grande tiene tanto picos de alta presión sonora como una gran riqueza de armónicos. Realizar pruebas con ambos, ruido rosa y ondas sinusoidales constantes, además de noise bursts (impulsos de alto nivel, de ruido rosa con muy corta duración), permiten caracterizar bastante bien el comportamiento del sistema de sonido. La tabla de hasta abajo, muestra la salida de presión sonora continua de cada subwoofer, con menos del 10% de distorsión armónica total en cada frecuencia, en incrementos de 1/3 de octava. Los subwoofers autoamplificados fueron medidos a un metro, sobre el eje, en exteriores y sobre el piso. Puede verse que el PSW-2 y el 650-P tienen la misma salida continua sobre 63 Hz (126 dB SPL). A 100Hz, el PSW-2 tiene mayor salida (124 dB SPL), que el 650-P (122 dB SPL), debido a que los conos de 15 pulgadas son más ligeros que los de 18 pulgadas; Ambos transductores de 15 y 18 pulgadas, utilizan el mismo motor (estructura magnética). También el controlador y los amplificadores son idénticos en ambos sistemas. Si se observan las mediciones de ruido rosa (que contiene la misma energía por octava) en estos sistemas, el 650-P tiene mayor salida (120 dB SPL continuos) que el PSW-2 (118 dB SPL continuos), debido a su mejor desempeño en las bandas de frecuencias más bajas. La medición de ruido rosa continuo, fué tomada con el subwoofer funcionando a su máxima capacidad de salida durante una hora, con un medidor de nivel de presión sonora, ajustado sin ninguna curva de ponderación (ANSI weighting filters, que también se conocen como IEC 179 Weighting curves) y con tiempo de respuesta lento. La medición pico fué capturada con la función peak/hold del medidor con noise bursts. Ambas cajas acústicas tienen buen nivel de salida promedio a pico, haciéndolas especialmente excelentes reproductoras de música.

El segundo tipo es un caso especial del primer tipo. Este es un diseño bass reflex de afinación múltiple. Los diseños bass reflex ofrecen poca ayuda para las frecuencias que se encuentran dos veces por encima del punto de afinación. En los últimos veinte años, ha habido varios intentos por incrementar el ancho de banda de los diseños bass reflex. Se han otorgado varias patentes a cámaras de afinación múltiple, acopladas a un solo altavoz dentro de la misma caja acústica. En teoría, uno de estos sistemas de afinación múltiple y un solo transductor podría tener la misma salida que la de una caja acústica de afinación sencilla con dos altavoces. A pesar de ello, estos diseños de cámaras múlti-acopladas son de fabricación compleja, así que los pretendidos ahorros al eliminar el segundo altavoz se reducen sustancialmente.

Meyer Sound se aventuró con el diseño de un nuevo subwoofer que daría una mayor salida promedio a pico utilizando los transductores estándar MS de Meyer. El primero de estos nuevos diseños es un bass reflex de afinación doble, donde cada cámara afinada tiene su propio transductor.* La cámara "baja" tiene una afinación de 32 Hz con un altavoz de 18 pulgadas. La segunda y más pequeña cámara está afinada a 45 Hz y tiene un altavoz de 15 pulgadas. Cada altavoz tiene su propio amplificador de potencia. La señal es cortada por el controlador, de manera que cada rango de frecuencia, superior e inferior, sea separado y enviado al altavoz adecuado. El sistema se llama PSW-4 y es un poco más alto que el PSW-2. De los datos de la medición con onda sinusoidal, pareciera que el PSW-4 tiene menor salida que el 650-P y el PSW-2 excepto a 32 Hz, donde el PSW-4 tiene mayor salida (110 dB SPL), que el PSW-2 (108 dB SPL). Al usar ruido rosa continuo, el PSW-4 muestra 1 dB más de salida (119 dB SPL continuos), que el PSW-2 (118 dB SPL continuos), y 1 dB menos comparado con el 650-P (120 dB SPL continuos). Sin embargo, el PSW-4 tiene una salida pico 6 dB mayor (136 dB SPL pico), que el 650-P (130 dB SPL pico), y 10 dB más que el PSW-2 (126 dB SPL pico). Esto se debe a que la salida de los dos transductores se combina en el aire. Esto significa más "headroom" (o reserva) gratis. El amplificador de potencia del 650-P tendría que ser de 4000 watts para producir este nivel pico extra. Hemos encontrado que en ciertos aspectos de la música, como en el caso de los instrumentos percusivos, el headroom adicional del PSW-4 puede incrementar el realismo del sonido.

Para probar aún más este headroom extra, instalamos el módulo del controlador y amplificadores del 650-P en el PSW-4. Este maneja los dos altavoces en paralelo y se puede observar el incremento de la salida en las pruebas de onda senoidal en las frecuencias superiores (Véase la tabla PSW-4/650). El ruido rosa pico y continuo, también se ha incrementado en 1 dB. Sin embargo, el impulso de ruido rosa pico muestra 8 dB menos de salida comparado al PSW-4 (la demanda sobre el altavoz de 15 pulgadas se ha incrementado porque ahora está siendo forzado a trabajar a 32 Hz). Los dos altavoces están fuera de fase entre sí en 32 Hz. Esta es la razón por la que hay tan poca ganancia de salida abajo de 50 Hz. En 42 Hz el PSW-4/650 tiene 2 dB menos de salida que el PSW-2. Sin embargo, si la información espectral se concentra arriba de 60 Hz, esta combinación de PSW-4/650 da la mayor salida de cualquiera de los subsistemas de diseño bass reflex.

Altavoces Meyer Sound	Presión Sonora Continua (medida con una onda senoidal a 1 metro en espacio medio)							Ruido Rosa (prueba de 1 hora)
	32Hz	42Hz	50Hz	63Hz	80Hz	100Hz	125Hz	cont.	pico
650-P	114	120	127	126	124	122	120	120	130
PSW-2	108	118	119	126	124	124	120	118	126
PSW-4	110	115	120	122	122	123	116	119	136
PSW-4/650	111	116	122	128	128	126	122	120	128

El tercer grupo, es el sistema de acoplamiento de altavoz por difusor de trompeta. El DS-2P cae en esta categoría. El DS-2P cuenta con un difusor de trompeta hiperbólica doblada, es de tamaño compacto y autoamplificado, contiene dos altavoces de 15 pulgadas. Los difusores de trompeta tienen la ventaja de superar por más del doble la eficiencia de los sistemas bass reflex. Sin embargo, los difusores de trompeta necesitan una gran área de embocadura para reproducir bajas frecuencias. Un diseño tradicional de difusor de trompeta exponencial circular, para reproducir hasta 50 Hz, es un objeto grande y pesado. Se necesita un diámetro de embocadura de 2.44 metros para acoplar 50 Hz al aire y la relación de la curvatura exponencial se tiene que seleccionar muy por debajo de 50 Hz. Si la garganta del difusor de trompeta tiene un diámetro de 18 pulgadas, la trompeta tendrá 2.44 metros de largo. Esto no incluye la cámara de aire trasera (yo construí y probé tal difusor de trompeta, véanse las fotos de los difusores de trompeta). El DS-2P fué diseñado para ser arreglable y así poder crear la gran embocadura necesaria para sonido de conciertos, y al mismo tiempo ser modular para una transportación sencilla.

El DS-2P fué diseñado para operar con un mínimo de dos cajas acústicas colocadas juntas sobre el piso, o cuatro cajas acústicas juntas cuando son suspendidas, de manera que puedan reproducir 50 Hz. Para lograr que la caja acústica del DS-2P fuera lo más compacta posible, se eligió un diseño de difusor de trompeta hiperbólica recta doblada. Los difusores de trompeta hiperbólicos tienen una salida más cercana a la frecuencia de corte de los difusores de trompeta exponenciales. Esto permite seleccionar una frecuencia de corte más alta, haciendo posible que el difusor de trompeta sea más corto, sin embargo, la excursión de los transductores se incrementa rápidamente por debajo de la frecuencia de corte, lo cual hace crítico el uso de control electrónico para los transductores. Los difusores de trompeta rectos tienen mayor área de embocadura para el mismo diámetro que los difusores de trompeta redondos, lo cual permite que sean de un menor tamaño. Doblar un difusor de trompeta dentro de la caja acústica puede compactarla, sin embargo, los dobleces pueden causar cancelaciones en la respuesta de frecuencia. El DS-2P ha sido cuidadosamente diseñado para que no presente cancelaciones en la respuesta de frecuencia por debajo de 200 Hz. Ya que la mitad de la potencia en la música está por debajo de los 200 Hz, el DS-2P puede quitar de encima una verdadera carga al sistema de sonido. Debido a que un solo DS-2P no está acoplado por debajo de 100 Hz, no fue incluído en la tabla de arriba.

* Patente pendiente