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Un arreglo lineal es un sistema de altavoces que se compone de una serie de elementos de altavoces, normalmente idénticos , montados en línea y alimentados en fase, para crear una fuente de sonido casi lineal. La distancia entre los parlantes adyacentes es lo suficientemente pequeña como para que interfieran entre sí de manera constructiva y envíen ondas de sonido más lejos que los altavoces tradicionales con bocina y con un patrón de salida de sonido distribuido de manera más uniforme.
Los arreglos lineales pueden orientarse en cualquier dirección, pero su uso principal en los sistemas de megafonía es en arreglos verticales que proporcionan un patrón de salida vertical muy estrecho, útil para enfocar el sonido hacia el público sin desperdiciar energía de salida en los techos o en el aire vacío sobre el público. Un arreglo lineal vertical muestra un patrón horizontal normalmente ancho, útil para suministrar sonido a la mayoría de la audiencia de un concierto . Por el contrario, los arreglos lineales horizontales tienen un patrón de salida muy estrecho horizontalmente, pero un patrón alto verticalmente. Una fila de subwoofers a lo largo del borde frontal de un escenario de concierto puede comportarse como un arreglo lineal horizontal a menos que la señal que se les suministra se ajuste (retarde, polarice, ecualice) para dar forma al patrón de otra manera. Los altavoces pueden diseñarse para ser dispuestos horizontalmente sin comportarse como una fuente lineal horizontal. [1]
Los arreglos lineales modernos utilizan controladores separados para las bandas de paso de alta, media y baja frecuencia . Para que la fuente de línea funcione, los controladores en cada banda de paso deben estar en línea. Por lo tanto, cada gabinete debe estar diseñado para que se acoplen estrechamente para formar columnas compuestas por controladores de altavoces de alta, media y baja frecuencia . Aumentar el número de controladores en cada gabinete aumenta el rango de frecuencia y el nivel máximo de presión sonora, mientras que agregar cajas adicionales al arreglo también reducirá la frecuencia en la que el arreglo logra un patrón de dispersión direccional.
Los sistemas de arreglos lineales de gran formato se han convertido en el estándar para grandes salas de conciertos y festivales al aire libre, donde estos sistemas se pueden colgar (montar en un soporte, suspender) desde una viga estructural, una torre de soporte en el suelo [2] o una torre de celosía alta con estructura en forma de A. [3] Dado que los gabinetes se montan juntos y cuelgan de un único punto, son más cómodos de ensamblar y cablear que otros métodos de montaje de altavoces en arreglos lineales. La parte inferior del arreglo lineal generalmente está curvada hacia atrás para aumentar la dispersión en la parte inferior del arreglo y permitir que el sonido llegue a más miembros de la audiencia. Por lo general, los gabinetes utilizados en los arreglos lineales son trapezoidales y se conectan mediante hardware de montaje especializado. [4]
El efecto de arreglo lineal del estrechamiento del haz con el aumento de la frecuencia fue demostrado por primera vez por el pionero acústico Harry Olson . [5] Publicó sus hallazgos en su texto de 1957, Ingeniería acústica . [6] Olson utilizó conceptos de arreglo lineal para desarrollar el altavoz de columna en el que los controladores alineados verticalmente en un solo gabinete producían una salida de rango medio en un patrón horizontal amplio y vertical estrecho. Los arreglos lineales han existido durante más de medio siglo, pero hasta hace poco la mayoría solo cubrían el rango de voz. La aplicación para estos era para espacios altamente reverberantes donde un diseño vertical estrecho evitaba excitar el campo reverberante. [7] Joseph D'Appolito sugirió elementos de arreglo lineal multibanda en un gabinete orientado horizontalmente en 1983. [8] Sin embargo, el producto se popularizó principalmente con el arreglo lineal V-DOSC de L-Acoustics presentado en 1992. [9] Esto condujo al descubrimiento de que una respuesta de frecuencia más nivelada y suave puede provenir de menos cajas en un arreglo lineal. La industria también descubrió rápidamente que no había interferencias destructivas en el plano horizontal y que las ondas se combinan principalmente en fase en el plano vertical, lo que provocó que muchos fabricantes de altavoces desarrollaran rápidamente su propio producto similar. [7]
La teoría de arreglos lineales puros se basa en la geometría pura y en el experimento mental del " campo libre ", donde el sonido puede propagarse libremente sin depender de factores ambientales como las reflexiones de la habitación o la refracción de la temperatura.
En el campo libre, el sonido que tiene su origen en un punto (una fuente puntual ) se propagará por igual en todas las direcciones como una esfera. Como el área de la superficie de una esfera = 4π r 2 donde r es el radio, cada duplicación del radio da como resultado un aumento de cuatro veces en el área de la superficie de la esfera. El resultado de esto es que la intensidad del sonido se reduce a la cuarta parte por cada duplicación de la distancia desde la fuente puntual. La intensidad del sonido es la potencia acústica por unidad de área y disminuye a medida que aumenta el área de la superficie, ya que la potencia acústica se extiende sobre un área mayor. La relación entre dos presiones acústicas en decibelios se expresa mediante la ecuación dB = 20log(p1/p2), por lo que por cada duplicación de la distancia desde la fuente puntual p1 = 1 y p2 = 2, hay una disminución de la presión sonora de aproximadamente 6 dB.
Una fuente lineal es una fuente hipotética unidimensional de sonido, a diferencia de una fuente puntual adimensional. Como una fuente lineal propaga el sonido de manera uniforme en todas las direcciones en el campo libre, el sonido se propaga en forma de cilindro en lugar de esfera. Como el área de la superficie curva de un cilindro = 2π rh, donde r es el radio y h es la altura, cada duplicación del radio da como resultado una duplicación del área de la superficie, por lo que la intensidad del sonido se reduce a la mitad con cada duplicación de la distancia desde la fuente lineal. Como p1 = 1 y p2 = 4 por cada duplicación de la distancia, esto da como resultado una disminución de la presión sonora de aproximadamente 3 dB. [10] [11]
En realidad, no pueden existir fuentes puntuales adimensionales ni fuentes lineales unidimensionales; sin embargo, se pueden realizar cálculos basados en estos modelos teóricos para simplificar. Por lo tanto, solo existe una cierta distancia en la que una fuente lineal de una longitud finita producirá una presión sonora mayor que una fuente puntual igualmente fuerte.
Patrón de interferencia es el término que se aplica al patrón de dispersión de un arreglo lineal. Significa que cuando se apilan varios altavoces verticalmente, el ángulo de dispersión vertical disminuye porque los parlantes individuales están desfasados entre sí en posiciones de escucha fuera del eje en el plano vertical. Cuanto más alta sea la pila, más estrecha será la dispersión vertical y mayor será la sensibilidad en el eje. Un arreglo vertical de parlantes tendrá el mismo patrón polar horizontal que un solo parlante.
Además de la reducción de la cobertura vertical, la longitud del conjunto también influye en las longitudes de onda que se verán afectadas por esta reducción de la dispersión. Cuanto más largo sea el conjunto, menor será la frecuencia que controlará el patrón. [7] A frecuencias inferiores a 100 Hz (longitud de onda de 3,4 m), el conjunto lineal, que tiene menos de 3 metros de longitud, comenzará a volverse omnidireccional, por lo que el sistema no se ajustará a la teoría de conjuntos lineales en todas las frecuencias. [12] Por encima de unos 400 Hz, los propios conos de los controladores se vuelven direccionales, lo que viola nuevamente los supuestos de la teoría, y a frecuencias altas, muchos sistemas prácticos utilizan guías de ondas direccionales cuyo comportamiento no se puede describir utilizando la teoría clásica de conjuntos lineales. En resumen, la geometría de los conjuntos lineales de audio del mundo real, tal como se utilizan en los sistemas de megafonía, solo se puede modelar de manera aproximada mediante la teoría de conjuntos lineales, y solo en el rango de 100 a 400 Hz. [12]
Los sistemas de arreglo lineal prácticos actúan como fuentes lineales solo en las frecuencias bajas y medias. Para las frecuencias altas, se debe emplear algún otro método para lograr características direccionales que coincidan con las de las frecuencias bajas y medias. El método más práctico para los sistemas de refuerzo es utilizar guías de ondas (bocinas) acopladas a motores de compresión. Cada bocina debe tener una dispersión vertical muy estrecha y una dispersión horizontal muy amplia.
En lugar de utilizar interferencias constructivas y destructivas, las bocinas logran direccionalidad reflejando el sonido en un patrón de cobertura específico. En un sistema de arreglo lineal correctamente diseñado, ese patrón debe coincidir estrechamente con la característica direccional de baja frecuencia del arreglo. Si la dispersión vertical del arreglo es de 60 grados y hay 12 cajas, entonces cada bocina debería tener una cobertura vertical de 5 grados. (La cobertura vertical estrecha tiene la ventaja de que minimiza las llegadas múltiples, que perjudicarían la inteligibilidad). Si esto se logra, entonces los elementos de guía de ondas se pueden integrar en el arreglo lineal y, con la ecualización y los cruces adecuados, el haz de las frecuencias altas y la interferencia constructiva de las frecuencias bajas se pueden alinear de modo que el sistema en arreglo resultante proporcione una cobertura consistente. [13]
Dos configuraciones que rara vez se utilizan son el arreglo recto y el curvo. El problema con los arreglos curvos es que no son muy adecuados para el lugar promedio. Mientras que la mitad inferior estará inclinada hacia abajo para proporcionar cobertura adicional en ubicaciones cercanas al frente del escenario, la mitad superior estará inclinada hacia arriba en el techo. Además, el problema con los arreglos en línea recta es que el haz es demasiado estrecho en frecuencias altas. Una solución para aprovechar las mejores características de ambos arreglos es utilizar un arreglo curvilíneo o en "J". Este se compone de una parte en línea recta y una parte curva, normalmente en la parte inferior. Esto proporciona un componente en línea recta de largo alcance para personas relativamente alejadas, mientras que la curva en la parte inferior actúa como un relleno para el área debajo del arreglo que de otra manera quedaría descuidada.
Los arreglos espirales son el siguiente desarrollo de los arreglos J y tienen una respuesta de frecuencia superior debido a su patrón polar similar en frecuencias cambiantes, al mismo tiempo que conservan los beneficios de largo alcance y relleno que brindan los arreglos J. El concepto es que los arreglos espirales están curvados a lo largo de todo el arreglo, pero la curva es progresiva. Esto significa que la parte superior del arreglo es casi recta con ángulos de 1° entre las cajas y aumenta en la parte inferior entre 6° y aproximadamente 10°. Un arreglo espiral bien diseñado podría tener un patrón de directividad casi constante con la frecuencia, con algunos lóbulos pequeños exhibidos a bajas frecuencias. [14]
Los arreglos lineales de gran formato están diseñados para giras por estadios y anfiteatros, grandes recintos y festivales al aire libre. Estas cajas suelen incluir varios controladores de compresión de alta frecuencia alineados verticalmente y varios controladores de rango medio y bajo dispuestos simétricamente alrededor del controlador de compresión. El controlador de baja frecuencia suele tener un diámetro de 15 o 18 pulgadas. Los arreglos lineales de formato medio suelen ser de dos o tres vías y utilizan controladores de baja frecuencia de 10 o 12 pulgadas. La cobertura horizontal suele tener un ancho de 90 grados, pero algunos sistemas emplean cajas más estrechas en la parte superior o cajas más anchas en la parte inferior del arreglo. Utilizando un marco de transición (que alinea el aparejo en sistemas diferentes), los ingenieros de sistemas a veces pueden colgar una caja de formato medio debajo de una caja de formato grande para cubrir a los miembros de la audiencia más cercanos. Las cajas de altavoces de diferentes fabricantes no se mezclan porque cada sistema tiene una "sonoridad" particular que puede ser común a un solo fabricante.
Los fabricantes suelen proporcionar una hoja de cálculo o un programa personalizado para diseñar arreglos. Algunos ejemplos son L-Acoustics SOUNDVISION, [15] Adamson Blueprint, [16] Electro-Voice LAPS (software de predicción de arreglos lineales), [17] d&b audiotechnik ArrayCalc y JBL Vertec Line Array Calculator. [18] Renkus Heinz ofrece un programa llamado EaseFocus. Es similar a EASE pero solo tiene características y cálculos específicos para arreglos lineales. EaseFocus tiene datos de una gran cantidad de fabricantes que permiten la comparación de varios sistemas de altavoces. Otras marcas de arreglos lineales que utilizan EaseFocus incluyen Bose Professional, Community Professional Loudspeakers, Electro-Voice, QSC, RCF y VUE Audiotechnik. Meyer Sound ofrece una solución diferente al proporcionar un sistema en línea llamado MAPP Online Pro. [19] Nexo ofrece su software de modelado 3D, NS1. EAW también ofrece su propio software, llamado Resolution.
El proceso de diseño comienza con la introducción de las dimensiones de la sala y el nivel de presión sonora necesario. A continuación, el programa sugiere la cantidad y la disposición de las casillas. Por otra parte, algunos programas requieren la introducción de la cantidad de casillas y predecirán los niveles de presión sonora resultantes en diferentes partes de la sala.
Una vez diseñados, los puntos de anclaje se cuelgan de la estructura, seguidos de los motores de cadena (o bloques), el marco de suspensión y luego los altavoces. Las cajas individuales se pueden conectar una a la vez o se pueden unir en el suelo y luego se pueden levantar. A medida que se levanta el conjunto, los ángulos de cada caja se ajustan para que coincidan con el programa de predicción del conjunto. El marco superior puede tener un inclinómetro para confirmar el ángulo del marco o un láser adjunto que indica el punto de mira superior del conjunto.
Si la altura o la falta de puntos de anclaje no permiten colgar los altavoces, estos suelen apilarse en el escenario o sobre subwoofers [20] utilizando un marco de apilamiento personalizado. El apilamiento de arreglos lineales es común en lugares más pequeños y en instalaciones temporales. En comparación con los altavoces colgados, requieren menos dispersión vertical para cubrir la parte delantera y trasera y el arreglo resultante tendrá poca curvatura.
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