09/01/15 20:32Aldo Soares - Sonorização de ambientes

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Aldo Soares trabalha há 19 anos comáudio, é operador de PA, engenheiroprojetista e educador de áudio.aldo@arsnet.com.br

Figura 1

Sonorização de ambientesLuciano Freitas

A cobertura vertical de uma caixa acústica ou, de um arranjo “array” de caixas acústicasirradiará sua energia e determinará o alcance e a forma que um ambiente será sonorizado

Quando tratamos de uma caixa somente para sonorizar um ambiente, ou seja, um elemento sozinhono ambiente, tratamos com as interferências, e suas conseqüências, provocadas pelas reflexõesdentro desse ambiente. Quando temos mais de uma caixa interagindo dentro do ambiente, lidamoscom as interações provocadas pelas caixas e com as reflexões do próprio ambiente.

Agora, não são poucos os casos em que para sonorizarmos um ambiente temos que montar umarranjo de caixas acústicas para cobrir toda a extensão do ambiente. E as interações das ondassonoras dentro desse arranjo poderão ser destrutivas a ponto de piorar a sonorização com oaumento de caixas, em vez de melhorar. A questão aqui são as sobreposições das ondas produzidas

pelas interações e as suas conseqüências no espectro de freqüências audíveis e ao longo do ambiente. Qual será o resultado dessa interaçãoe, principalmente, como vamos lidar com as conseqüências dessas interações.

A ONDA SONORAO fenômeno das ondas sonoras é produzido pelos movimentos ondulatórios das vibrações das moléculas do ar. Ondulatórios porque asmoléculas do ar são elásticas e reagem proporcionalmente aos movimentos provocados pela compressão sobre elas, produzindo ummovimento de descompressão, veja a figura 1.

Esse fenômeno é percebido nos dois domínios que regem a nossa percepçãoauditiva, o domínio do tempo e da intensidade. O produto desses domínios são asvárias características que os sons possuem, como as freqüências, os tons e ostimbres dentre outros. Em nosso caso, que vamos lidar com o fenômeno dasinterações entre as ondas, vamos lidar com os domínios e suas características.A sua interação pode se dar por diferença de fase, que é conseqüência da diferençade tempo, ou mais claro, pelo atraso de uma onda sonora em relação a outra ondasonora. O resultado dessa alteração é uma onda alterada em seu formato, sejapositivamente ou negativamente, mas, sempre alterada da sua forma original.

FREQÜÊNCIAOs sons que escutamos são formados pelo conjunto de freqüências. A freqüência éformada pela quantidade de ciclos por segundo. Veja na figura 2 em que temos 10ciclos no período de um segundo, ou seja, temos 10 hertz (nome em homenagem aofísico alemão Heinrich Rudolf Hertz). Da mesma forma podemos dizer que uma ondade 100Hz é na verdade 100 ciclos no intervalo de um segundo, e uma onda de 5kHz(5.000 Hz) serão 5 mil ciclos dentro do mesmo intervalo de um segundo.

As ondas sonoras possuem dimensões físicas, largura de freqüência. Por exemplo, adistância percorrida entre o semiciclo positivo e o negativo de uma onda de 100Hz éde 3,4 metros (velocidade do som dividida pela freqüência). Já em uma onda de

5kHz, a largura será consideravelmente pequena, só 6,8 centímetros. E em nosso caso vale ressaltar as diferenças de larguras dessas ondas.

Parte do resultado dessas discrepâncias pode ser observado pelo resultado físico provocado pela propagação dessas ondas. Uma onda de100Hz pode perfeitamente movimentar um objeto sobre um móvel em função da sua intensidade e pelas suas dimensões físicas. Já o mesmoefeito não poderá ser alcançado por uma onda de 5kHz. Ou você já percebeu que somente os sons mais graves, kick do bumbo e ocontrabaixo, por exemplo, é que são capazes de fazer tremer tudo. Ou alguém já viu o mesmo acontecer com um som de um prato de bateria?

Figura 2

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Figura 3

Figura 4

INTERFERÊNCIAS ENTRE AS ONDAS SONORASAs interferências entre as ondas são provocadas pelos cancelamentos e sobreposição entre as ondas sonoras. As sobreposições dasfreqüências mais baixas, abaixo de 300Hz, ocorrem da mesma forma que as freqüências mais altas, acima de 2Khz. Porém, o resultado podeser percebido de formas diferentes, principalmente pelas diferentes larguras das freqüências altas, que são bem menores.

Os cancelamentos são provocados pela inversão da fase da onda, resultando em anulação da mesma. Isso ocorre quando duas ondas seencontram, só que com um atraso entre elas igual a meio ciclo. E isso faz com que as fases delas estejam em oposição, uma com o semicicloda compressão e a outra com o semiciclo da descompressão. O resultado é a anulação, já que uma compensa a outra pelas forçasmagnéticas.

Já o efeito das somas entre as ondas é análogo ao do cancelamento, só que nesse caso o atraso provocado é igual a um ciclo inteiro de onda.O resultado é que o encontro de duas compressões, ou entre duas descompressões, resulta em soma entre as mesmas, produzindo uma ondadobrada em relação à original.

CONSEQÜÊNCIASQuando temos duas fontes de produção sonora no mesmo ambiente elas se interagem.Observe na figura 3 que temos duas situações simuladas. No exemplo (a),demonstramos duas fontes produzindo uma mesma freqüência, só que a distância quesepara as duas fontes é praticamente do mesmo tamanho da largura da onda produzidapor ambas as fontes. Veja que, inclusive, elas estão se sobrepondo em fase.

Já no exemplo (b) elas foram separadas por duas vezes a largura da mesma ondaproduzida por ambas. Agora você percebe claramente o que ocorre com a interação entreas ondas produzidas pelas duas fontes, veja que temos pelo menos quatro lóbulos, emformato de raios, que foram formados pela interação e que resultam em energia próximado zero, cancelamentos. Aos nossos ouvidos a percepção será que naquelas áreas, emque se encontram os lóbulos, os sons ou sumiram ou estão muito baixos.

Quando essa mesma interação ocorre nas regiões mais altas do espectro, e vãoocorrendo de forma gradativa, conforme a freqüência vai aumentando, a sensaçãoauditiva piora, isso pelo fato das freqüências serem menores, as distâncias físicas seremtambém menores e que resultam no “Comb Filter”, efeito provocado por essas interaçõesdas ondas ao longo do espectro provocando diversos cancelamentos e somas de ondasque acabam resultando algo análogo a um pente. Sendo que a inteligibilidade de umsistema de sonorização acaba sendo prejudicada por esse efeito, também conhecidocomo o efeito do filtro pente, figura 4.

Quando tratamos da cobertura vertical de uma caixa acústica, comocomeçamos a tratar na última coluna, devemos levar em consideração essainteração, porque o resultado sofrerá com a interação entre as caixas ou entreas paredes! Paredes? Sim.

Vejamos alguns exemplos e não se assuste com os cálculos, é um meroexercício de matemática e física:

Observe na figura 5 que a caixa está posicionada a 1,2 metro da parede.

Como a onda para interagir com a outra deverá refletir na parede e voltar aoencontro dela mesma, ela percorrerá todo o caminho até a parede e serárefletida, com o ângulo proporcionalmente inverso ao ângulo de incidênciasomado ao ângulo de curvatura da parede, caso ela seja inclinada, e fazer omesmo percurso voltando, ou seja, refletido.

Como estamoslidando comtempo eespaço, todoesse percursopercorrido pelaonda sofreu umatraso e,quando ele

encontrar o sinal na mesma linha do eixo axial por onde ele saiu, ele irá interagircom o sinal, só que como ele está com esse atraso, a onda resultante desseprocesso será alterada. Vejamos, se a caixa está a 1,2 metro da parede opercurso de ida e volta seria 2,4 metros, em caso de uma linha reta, mas, não éo caso. Nesse caso vamos traçar um triângulo retângulo (figura 6), em que acaixa se encontra a 1,2 metro da parede, a reflexão se dará a 45º à frente eretornará nos 90º, formando um triângulo retângulo em que os catetos que seformarão terão 1,7 metro cada, ou seja, a reflexão percorrerá 3,4 metrosenquanto o sinal principal percorreu 2,4 metros (hipotenusa). Um atraso de 1metro em relação ao sinal principal.

Quando mensuramos atraso em tempo, e esse tempo em freqüência, veremosque estamos tratando da freqüência principal em 343hz (20 Cº) ou 2,91milisegundos.

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Figura 5

Figura 7

milisegundos.

Os cancelamentos das ondas ocorrem entre 120º e 240º de atraso entre as fasesdas ondas, sendo o ângulo principal de cancelamento em 180º (semicicloinvertido). As somas de freqüências ocorrem antes e depois desse intervalo. Emambos os casos, somas e cancelamentos são proporcionais até os seus ápices.

Em nosso exemplo a freqüência de cancelamento principal será a de 2 metros,172Hz (lembrando que nesse caso, cada semiciclo corresponde a 1 metro,nosso atraso) e se estenderá de 120º, ou seja, uma onda correspondente a 3metros, onda de 114,5Hz, até 240º, uma onda de 1,5 metro, onda de 229Hz.

Ou seja, aqueles lóbulos provocados pela interação entre as fontes sonoras, demonstrados através da figura 3, agora ocorrerão da mesmaforma, só que em função da distância que a caixa está da parede. Nesse caso não temos duas fontes produzindo sons, como no exemplo,mas, temos um som original e outro som refletido, só que atrasado.

E esse fenômeno provocado por essa reflexão poderá ser observado ao longo de todo o espectro de freqüências e percebido o comb filtercomo resultado.

Figura 6

Só para exemplificarmos mais um pouco essa questão. Se exercitarmos um pouco mais a matemática em questão, com os mesmos exemplosacima, poderemos encontrar para o mesmo atraso de 180º para 3,60kHz, cancelamento, e ao mesmo tempo, para a freqüência de 3,77kHzhaverá uma soma, atraso de 360º. Veja que são freqüências próximas.

Esse assunto pode se estender para própria interação entre as caixas, quando montamos e configuramos um arranjo de caixas paratrabalharem juntas, seus centros acústicos de propagação estarão afastados pelos seus gabinetes. E essas distâncias produzirão o mesmoefeito citado acima e o arranjo sofrerá as mesmas conseqüências dos efeitos das interações em diversas freqüências.

Veja que o próprio desenvolvimento de algumas tecnologias foi fruto dessasnecessidades.

Isso porque, ao contrário do que a grande maioria pode acreditar, quanto mais caixasacústicas dentro de um arranjo, pior será o resultado em função dessa interação. Maiscomb filter e mais lóbulos nas coberturas horizontais e verticais poderão serpercebidos, menor será a eficiência do conjunto, quando na verdade se esperava ocontrário.

Isso porque serão várias fontes de irradiação, limitadas pelas suas distâncias físicas,entre elas mesmas e dentro do arranjo. O que dificulta ou quase impossibilita termosum conjunto irradiando energia em diversas freqüências e com as suas fasesacopladas.

Os projetistas de caixas acústicas trabalharam durante anos para tentar amenizaressas interações, e foi construindo elementos com ângulos de dispersão menores queconseguiram lidar melhor com esses fenômenos. Isso para diminuir a sobreposição dascoberturas das caixas dentro do arranjo. Para a cobertura de um elemento nãosobrepor a cobertura de outro elemento.

O desenvolvimento do Line Array, assunto para outro momento, mas, que a grandemaioria já ouviu falar, foi pela necessidade de uma maior coerência e acoplamentoentre as caixas acústicas. Uma das características presentes na maioria dos lines, pelomenos dos que funcionam, é uma cobertura extremamente estreita na dispersãovertical. Realmente é quase impossível viver sem o comb filter. O que nós, projetistas, fazemos é tentar diminuir ao máximo esse efeito. Aprimeira providência ao sonorizar um ambiente é tentar evitar a incidência de sons diretos, produzidos pelas caixas acústicas, sobre asparedes e teto.

Vejam as simulações na figura 7 sobre as diferenças de resultados com dois posicionamentos diferentes, sendo uma com maior incidênciasobre as paredes, no exemplo de 1,2 metro e a 2 metros do piso, e outra com menos incidência sobre a parede, maior inclinação e, 2,7 metrosda parede e 4 metros do piso. Perceba a diferença em termos de distribuição da energia e dos efeitos das reflexões.

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A idéia fundamental é tentar direcionar ao máximo as caixas acústicas ou o arranjo de caixas acústicas para o público, evitando as paredes.Trabalhar com caixas acústicas com os ângulos mais estreitos será um benefício sob esse aspecto. A cobertura horizontal deverá distribuir ossons ao longo do horizonte coberto pela vertical. E, indo direto ao ponto, você terá que lidar sempre com a interação entre as caixas em casosde montagens do sistema em estéreo ou distribuído. Já na montagem de um arranjo central, um cluster, as únicas interações serão entre ascaixas e o ambiente, comum às duas montagens.

No próximo mês continuaremos.

Tenham todos um feliz e próspero ano 2009!