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Muitas vezes, posicionamento é tudo!

02.02.2018

Uma das perguntas mais comuns que me fazem no curso do software de medição Smaart da Rational Acoustics diz respeito à colocação do microfone.

 

As perguntas são:

 

- "Onde eu coloco meu microfone para obter uma medição útil"

- " posicionar / apontar o microfone"

- "quantas posições de medição eu preciso?"

 

Quando você pensa nisso, é uma idéia interessante assumir que podemos fazer uma medição útil dos complexos sistemas eletroacústicos tocando em um espaço que tenha um volume de 1000m cúbicos e ter o resultado de forma resumida através de uma minúscula capsula de microfone em alguns pontos do espaço.

 

As respostas para essas perguntas são ... mais perguntas.

 

O que estamos tentando determinar?

Que decisões estamos tentando ter?

 

Durante a instalação e definição de pontos, alinhamento e reforço sonoro, os engenheiros de sistemas devem tomar muitas decisões. Entre elas, são vistas uma variedade de parâmetros de desempenho (para se certificar de que as coisas estão funcionando), gerenciamento da interação entre os sub-sistemas individuais com o ambiente (para se certificar que tudo funciona bem em conjunto e oferece uma cobertura consistente) e, em última instância, ajuste e configuração da resposta do sistema como um todo para se adequar ao seu uso pretendido (para se certificar de que tudo soa bem).

 

O alinhamento do sistema requer lidar com uma infinidade de problemas e com inúmeros ajustes e analisadores, pois Smaart, YES, SysTune, WaveCapture, etc., são ferramentas poderosas para nos ajudar a tomar as decisões corretas.

 

Medir a resposta dos sistemas de caixas requer o uso de microfones e, portanto, necessariamente requer uma decisão sobre a localização destes no espaço acústico. Ao ensinar sobre alinhamento de sistema, uso a regra "ReNiPT" para lembrar sempre sobre a lista de verificação do alinhamento do sistema – é uma lista de decisões / verificações que fazemos para cada sub-sistema em nosso sistema sonoro.

 

Nós somos responsáveis por verificar e ajustar todo o sistema na sua:

 

-Re sposta (resposta de frequência e alvo / cobertura)

-Ni vel,

-P olaridade

-T empo.

 

Muitas decisões são necessárias durante o processo - particularmente as últimas três (Nível, Polaridade e Tempo) são feitas para gerenciar as interações entre os sistemas, portanto, temos de configurar um sistema baseando-se na resposta um do outro. Nesses casos, os canais de microfone são geralmente posicionados no ponto / área de interação máxima entre sistemas, como zonas de cruzamento e sobreposição.

 

Para os propósitos deste artigo, não falaremos sobre o primeiro elemento de ReNiPT - Resposta.

 

Este é o uso mais comum dos analisadores no processo de alinhamento do sistema, particularmente para sistemas simples – ajuda na verificação e ajuste da resposta de frequência de suas caixas.

 

Nosso ambiente, os microfones e tolerâncias

Fig. 1: Resposta de 6 medições feitas dentro de um raio de 30cm no espaço.

 

Obviamente não estamos trabalhando em um ambiente adequado/controlado como um laboratório, tolerâncias incrivelmente pequenas aplicam-se às nossas ações e às decisões resultantes ao que estamos fazendo. Para ilustrar este ponto, a Fig. 1 mostra 6 medições da resposta de frequência (magnitude) feitas a partir de uma única caixa em um pequeno teatro de 200 lugares(com aproximadamente 5.500 m3), nós posicionamos os microfones a 6m de distância do centro dos assentos da orquestra. Todas as 6 medições foram feitas a uma distância de 30cm em relação a primeira medição. Este conjunto de dados realmente mostra uma variação na resposta do sistema devido as diferenças na estrutura de reverberação acústica em uma área do local relativamente pequena (aproximadamente o tamanho de uma bola de praia).

 

Para nossas medições usamos microfones omnidirecionais com resposta de frequência plana. Estes microfones fornecem um exame acústico excelente e neutro no espaço. Embora a variância espacial vista na Figura 1 possa não ser surpreendente para você, deve ficar claro que isso não se deve a uma questão de instabilidade de medição, não repetição ou do microfone.

Figura 2: Réplica das seis medições com a mesma caixa da Figura 1 usando diferentes tipos de microfones omnidirecionais de resposta plana (ajustados à sua correspondente sensibilidade de pré-amplificador) - todas medições no mesmo ponto do espaço (+/- 0 5 polegadas).

 

Para abordar essas questões de consistência e repetibilidade, considere a Fig. 2. Nela temos 6 modelos e marcas diferentes de microfones omnidirecionais para fazer o mesmo que na Fig. 1. Como todas as etapas da Fig. 2 foram feitas no mesmo ponto do espaço (dentro de uma área com tamanho de uma bola de ping-pong), é uma boa ilustração de repetibilidade de medição. Usar seis diferentes marcas / modelos de microfones omnidirecionais de resposta plana nos dá uma boa visão da variância na resposta (ou falta dela) entre os microfones.

 

Uma vez que estamos usando nossos microfones e medindo, as diferenças na resposta entre esses múltiplos microfones são bem pequenas em relação a variedade espacial do ambiente. Certamente, há diferenças de desempenho entre esses microfones. Ao considerar questões como max/min SPL, qualidade de construção, nível de ruído equivalente, consistência na sensibilidade, qualidade audível para gravação e assim por diante, pode haver diferenças significativas entre esses microfones.

 

A Fig. 2 mostra que quando consideramos as diferenças no desempenho do microfone em relação a forma como nós os utilizamos normalmente para as medições do sistema, além da sensibilidade geral (que ajustamos no pré-amplificador do microfone), esses microfones são funcionalmente intercambiáveis. (BTW - nenhum arquivo de correção de microfone foi usado nessas medições).

 

A questão do OMNI

Mudança na resposta de um microfone omnidireccional rodando de 45° em 45° graus.

 

 

Uma pergunta frequente na sala de aula é:

 

"A direção em que o microfone omnidirecional está apontado afeta a medição?" A resposta a essa pergunta é : "Sim, mas a pergunta mais importante deveria ser, afeta quanto "?

 

A Fig. 3 mostra uma série de respostas de 5 medições com o microfone girando de 45° em 45° (mantendo a cápsula no mesmo local). Isso ilustra claramente que os microfones que usamos são funcionalmente omnidirecionais ao longo da maior parte da faixa audível de 20 Hz a 20 kHz, exceto na resposta das altas frequências. - Geralmente acima de 5 kHz o tamanho da cápsula torna-se significativo em relação aos comprimentos de onda, e adquire um acumulo de energia cuja incidência está no eixo dianteiro do microfone. Os microfones omnidirecionais com a designação de "campo livre" têm uma correção de HF para esta construção no eixo e, portanto, rola um pouco mais de 90 graus.

 

Embora eu saiba que o impacto do ângulo de mira do microfone é na maioria das vezes um problema, também conheço como um engenheiro faz medições, a consistência do método é minha amiga. Então, quando eu coloco meus microfones, eles são razoavelmente compatíveis e os aponto para a fonte sonora - simplesmente como uma maneira de reduzir as variáveis onde eu posso.

 

Posicionamento do Mic – A próxima etapa

 

Vamos começar com o campo próximo. Esta é uma das posições de microfone mais informativas que usamos em nosso trabalho. É a medição que melhor isola a resposta da caixa das interações com o meio ambiente, é nossa medição para o controle básico que confirma o bom funcionamento da caixa. O fator primário que causa a variância na resposta como vimos na Fig. 1 é a influência da energia refletida e reverberante da sala. Em uma medição de campo próximo (cerca de 1 a 2 metros no eixo), a influência desta energia é bastante reduzida. Quanto mais perto nossa caixa estiver localizada dos pisos e paredes, maior será a influência da energia refletida.

Fig. 4: Medição da resposta anecóica versus medições de campo próximo em cerca de 1m

 

A Fig. 4  mostra uma comparação da medição de resposta anecóica (traço rosa) em comparação a duas medições diferentes de campo próximo feitas no eixo a 1 m.

 

Figura 5: Duas medições de campo próximo, uma com a caixa no suporte e outra na borda do palco.

 

Fig. 5  Mostra duas medições de campo próximo, uma com a caixa no suporte e a outra no palco. A primeira medição de campo próximo (traço laranja) foi feita com a caixa em um suporte com o driver de alta frequência a cerca de 2 m do chão, o resultado é o que mais se aproxima das condições anecóicas. A segunda medição de campo próximo (traço azul) foi feita com a caixa na borda do palco(com uma frente sólida) com o driver de alta a aproximadamente 1,5 m do chão. Ambas as medições de campo próximo coincidem com a resposta anecóica acima de 1 kHz , ocorre uma ondulação na região médio-grave em ambos os casos por conta da interação com a energia refletida, a " caixa na borda do palco" evidentemente mostra mais ondulações

 

Um fato importante, é que nossas duas medições de campo próximo são extremamente repetíveis e fáceis de configurar no espaço. Se eu estou checando ou configurando um cruzamento entre média e alta, funcionalmente estou obtendo a mesma informação que eu faria em uma câmara anecóica. Examinando um grupo de caixas do mesmo modelo em um local de trabalho antes da instalação (desde que eu possa ter as mesmas condições de ambiente e posicionamento do microfone), podemos determinar rapidamente se teremos problemas de inconsistência. O ponto aqui é quando estamos trabalhando no campo, uma pergunta extremamente comum é: "A resposta é causada pelo interlocutor ou interação da sala?" .

 

Nossa posição no campo próximo é a balança para medir isso.
 

Enquanto isso, na sala. . .

 

Então, agora vamos voltar para a sala, que é onde as pessoas estão realmente ouvindo o sistema. Depois de verificar a operação e a cobertura adequada da caixa (se ignorarmos estas etapas estaremos em perigo!) começamos a abordar a tarefa de ajuste do sistema. Usar uma caixa que tenha uma resposta bem comportada no campo/sala anecóica seria tudo o que precisamos. Infelizmente, ao entrar em um ambiente auditivo real (algum lugar do mundo) precisamos lidar com o impacto da energia reverberante no espaço, interação e compartilhamento da energia entre os múltiplos sistemas. Os dois efeitos mais enunciados por essas interações são uma mudança frequencial e possível degradação da inteligibilidade.

 

Lidando com o excesso de reverberação

 

A maneira mais adequada de lidar com os problemas causados pela energia reverberante é mudar a acústica da sala (mas muitas vezes esta não é uma opção prática) e através do nosso sistema de som (geralmente variável e sob nosso controle) acrescentar maior energia direta em relação a reverberante e controlar a excitação da sala. A equalização é a ferramenta errada e menos eficaz para este trabalho.

 

Embora seja bom pedir ao público que ignore o impacto da energia reverberante e se concentre apenas no som direto que vem através do nosso sistema de PA, o que infelizmente não é uma realidade. O trabalho da nossa ferramenta de análise é ajudar-nos a quantificar o impacto desta energia reverberante no espaço e na inteligibilidade, e possivelmente nos guiar para tomar algumas decisões úteis.

 

Focando no propósito deste artigo, vou me concentrar em medições e posições de microfone que possibilitem a análise das mudanças frequênciais causadas pela interação da caixa com o ambiente.

Fig. 6: Medição campo próximo versus microfone colocado no centro da orquestra e no nível dos assentos

 

Então, movemos nosso microfone na sala para longe do campo próximo, começamos a ver o impacto da energia reverberante na resposta. A Fig. 6 mostra uma comparação da medição de campo próximo obtida com um microfone localizado a 7m (25 pés) da caixa, no centro da nossa orquestra.

 

Nota: Para todas as medições na área da orquestra o microfone foi colocado em um suporte de microfone simples de 1,52m colocado na sala (assentos do teatro macios / acolchoados). Além disso, todas as medições foram feitas dentro de 20° do eixo central na área de cobertura nominal da caixa 110° x 60° (Horizontal x Vertical).

 

Quando normalizamos a diferença de nível, podemos ver que a medição do centro da orquestra tem um acúmulo geral de energia grave e média (presumivelmente devido a energia LF reverberante) e um leve declínio de energia HF (possivelmente devido à absorção do ar) . Também é óbvio que a medição " centro da orquestra" mostra uma concentração na resposta LF significativamente maior, esse acumulo é devido à interação da energia direta e reverberante.

Fig. 7: 'Centro da orquestra' vs. 'Frente da orquestra'

 

Conforme observado na Fig. 1, devemos esperar que haja algumas variações (e algumas possivelmente significativas) na resposta das medições feitas em nossa área de cobertura. A Fig. 7 mostra uma segunda medição na "Frente da orquestra" (linha azul) – feita movendo nosso microfone três fileiras de assentos (cerca de 3m) a frente da posição "Centro da orquestra" (linha verde).

 

Imagine um engenheiro começando uma dessas medições e colocando filtros de EQ bem estreitos para acabar com os picos que ele vê na região média. Como a configuração do EQ se comportaria na segunda posição de microfone? Ambas as posições são igualmente válidas e devem fazer uso das mesmas configurações de EQ.

 

Felizmente, começamos a ver que a nossa tarefa ao fazer medições para definir um EQ, é derivar uma curva de resposta que descreva de forma consistente e generalizada a resposta de uma caixa em sua área de cobertura. Obviamente, não podemos nos guiar pelo excesso variante da posição do microfone que é causado pela energia reverberante - mas talvez possamos abordar o impacto tonal geral da energia reverberante.

Fig. 8: Cinco posições de medição com 3m do "Centro orquestra"

 

Com isso em mente, a Fig. 8 (mostra 5 medições do nosso sistema de PA , todas feitas a 3m da posição "Centro da orquestra". Depois de normalizar nossos traços para o nível geral de diferenças entre as posições, uma tendência na resposta geral torna-se muito óbvia. Neste ponto, com esses dados, nós nos sentiríamos bastante seguros para colocar filtros EQ -. que normalmente ajudam na maioria das áreas de audição – nós poderíamos ser pressionados a justificar uma configuração de EQ de banda média composta de muitos filtros estreitos e ondulações.

Fig. 9: " Média do centro da orquestra" - mostra uma média matemática das cinco posições de medição "orquestra"

 

Levando esta abordagem de medição de posição múltipla um passo adiante, podemos medir matematicamente nossos traços individuais para fornecer uma resposta "média", composta e espacial. A Fig. 9 mostra a nossa " Média" (preto) superposta às cinco medições da Fig. 8. Observe a ausência relativa de ondulações nos médios que estavam presentes nas medições individuais.

 

A intenção era encontrar uma média consistente através de nossas muitas posições e reduzir a influência das ondulações dependentes da posição. No final, se você consegue isso com a média visual de seus dados ou através da matemática, a intenção não é apenas focar na ondulação de um único local. Então, se você usar apenas uma única posição, a questão agora se torna, você pode se ensinar a procurar tendências e ignorar a ondulação? Você pode ver o traço verde "centro da orquestra" que vimos na Fig. 6 e ver também as tendências que vimos nas Figs 8 e 9?

Fig. 10: Cinco medições baseadas na " média orquestra" vs. Campo próximo.

 

A Fig. 10 mostra nossa "média orquestra" calculada em relação à nossa medição de campo próximo. Como nós estamos envolvidos em um processo de configuração de EQ para a nossa caixa considerando o ambiente de audição, essa média fornece uma idéia do impacto tonal básico do ambiente em nosso sistema.

 

Vamos atenuar as baixas frequências e excesso de médias, ou aumentar o HF para voltar a ficar plana?

 

No final, a decisão depende de você.

 

Emergem agora algumas perguntas e respostas interessantes sobre nossas posições de microfones para uma boa média. Primeiro, "quantos pontos precisamos medir para uma boa média?" Na prática, descobri que três ou quatro posições seriam suficientes (supondo que sejam todas posições válidas).

 

Em segundo lugar, "o que você quer dizer com "posições válidas?. "O que estamos tentando obter em nossas medições é uma idéia da resposta geral do nosso sistema de PA em sua área de cobertura primária. As posições dos microfones devem estar localizados no coração da área de cobertura consistente - basicamente perto do eixo (dentro cerca de 15 ° a 20 °) e da cobertura central. Nós apenas tentamos obter amostras suficientes para não sermos indevidamente influenciados pelas ondulações dependente da posição.

Fig. 11: Média de cinco posições a uma distância de um metro versus um raio de 3m

 

Isso traz uma terceira questão. "Quais distancias as posições do microfone precisam ter para fornecer a diversidade que precisamos?" Curiosamente, provavelmente não é tão longe quanto você pensa. A Fig 11 mostra as médias de dois conjuntos de medições diferentes. A linha preta, " Média Orquestra" usou nossa posição "centro orquestra" e quatro posições de medição colocadas a 3m para frente, para trás, esquerda e direita. A linha azul, "Mudança Média de 30cm", começou com a nossa mesma posição "centro orquestra", mas usou quatro posições de medição que estavam a uma distância de apenas 1 metro.

 

A principal diferença nos resultados entre as duas medições na Fig. 11 pode ser vista nas ondas LF. O maior raio para as posições nos proporcionou menor ondulação e melhores dados para tomar decisões LF. Na prática, uma distância de 1,5m – 3m para nossas posições são boas.

 

Dados acionáveis

 

Utilizamos nossos sistemas de medição para ajudar a responder as questões que encontramos ao alinhar nossos sistemas. No final, escolhemos nossas posições de microfone com base nas perguntas que estamos tentando responder - eu sei que isso parece óbvio. Os maiores problemas que vi com os usuários medindo e tomando decisões baseando-se nessas medições, geralmente evidenciavam a falta de compreensão ou reconhecimento do grau de variação em nosso ambiente. Mas armado com uma compreensão básica, você estará melhor equipado para lidar com um ambiente acústico desafiador.

Numa questão futura, prosseguiremos a discussão examinando a extensão em salas vazias e também as medições plano terra.

 

 

TEXTO TRADUZIDO NA ÍNTEGRA POR DOUGLAS BARBA

 

Jamie Anderson passou quase duas décadas ensinando sobre sistemas de som, medição e alinhamento para SIA, EAW, Meyer Sound (SIM) e Rational Acoustics Smaart's e foi um dos co-fundadores dessa empresa em 2008.

 

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