¿Cómo funcionan los subwoofers cardioides?

Antes de nada: ¿qué entendemos por subwoofer?. Un subwoofer -o "sub"- es un altavoz dedicado a la reproducción de frecuencias de audio graves, también conocidas como “bajos”. Está pensado para aumentar (normalmente entre 20 Hz y 120 Hz) la gama de frecuencias bajas de los altavoces principales, que cubren bandas de frecuencias más altas.

Los subwoofers se hicieron populares con la introducción en los años 70 del SenSurround en películas como "Terremoto". Con la llegada del casete y el CD en los años 80, la reproducción de graves profundos y potentes dejó de estar limitada por las agujas de los vinilos. En la década de 2000, los subwoofers se hicieron casi universales en los sistemas de refuerzo de sonido de discotecas y salas de conciertos.

Las ondas de sonido irradiadas por un subwoofer convencional tienen un patrón esférico, a menos que interfiera en ellas una superficie sólida o una presión opuesta. Por debajo de 200 Hz la energía radiada por un subwoofer es totalmente omnidireccional; esto se debe a que la directividad de un subwoofer está ligada a la relación entre su tamaño y la longitud de la onda sonora que produce. La longitud de la onda sonora es inversamente proporcional a su frecuencia y, por tanto, cuando las ondas de baja frecuencia son mucho más largas que las dimensiones del transductor y la caja del subwoofer, el patrón de radiación se vuelve similar en todas las direcciones, incluso hacia los lados y hacia atrás.

El gráfico siguiente lo ilustra con una medición de dos subwoofers estándar orientados hacia delante y medidos juntos a una distancia de 4 metros. Podemos ver que la energía de los graves irradia en todas las direcciones —y esto sucede en cualquier entorno, interior o exterior–.

Ahora bien, como todos hemos visto alguna vez, la radiación omnidireccional de bajas frecuencias puede ser problemática, ya que puede provocar realimentación, crear acumulación de graves en alguna parte de la sala, o molestar a los vecinos. 

Desde finales de los años 50, los ingenieros de sonido han realizado montajes de subwoofers de un mínimo de dos unidades. Estas configuraciones requieren ajustes cuidadosos del delay, la fase, los niveles de salida y la distancia entre las unidades, para forzar la direccionalidad de la energía radiada. El término radiación cardioide -o en forma de corazón- se refiere a la forma de la cobertura direccional en la que los niveles son más altos delante de la unidad y más bajos detrás de ella. 

Al implementar una radiación cardioide adecuada con dos subwoofers estándar, los ajustes del delay, la fase, los niveles de salida, la posición y la distancia entre las dos unidades pueden ser todo un reto. Para demostrarlo, fijémonos en un único parámetro, el delay, y consideremos que todo lo demás ya está optimizado. Ten en cuenta que el ajuste de delay es fijo en todo el ancho de banda del subwoofer.

En primer lugar, hemos establecido un delay demasiado corto entre los woofers. Medido a una distancia  de 4 metros, la radiación delantera mejora y se controla más, pero la radiación trasera no deseada (lóbulos traseros) estropea por completo el efecto de "cancelación" cardioide. Esto significa que la atenuación de graves hacia el lado del subwoofer está bien, pero se irradia demasiada energía de graves hacia atrás. No es exactamente lo que queremos.

A la inversa, si el delay entre los dos woofers es demasiado largo, la atenuación de graves hacia los lados no es muy eficaz, y la radiación de graves vuelve a ser casi omnidireccional en el ancho de banda superior del subwoofer. De este modo seguiremos desperdiciando demasiada energía de graves en la zona despejada al fondo de una fiesta al aire libre, o en los micrófonos de los músicos. 

Fragmento patrocinado

Para superar las dificultades de ajuste que surgen al intentar montar una configuración cardioide, QSC ha desarrollado productos y soluciones fáciles de usar que garantizan una radiación cardioide perfecta en todo momento. La última tecnología DSP de QSC realiza el procesamiento complejo que hace que los woofers en espejo interactúen en la parte trasera de la caja o cajas para producir una cancelación apropiada, mientras interactúan simultáneamente en la parte delantera de la caja o cajas para producir una suma igualmente deseable. Como resultado, el patrón de radiación muestra una forma cardioide ideal, con 15 dB más de nivel en la parte delantera que en la trasera.

Dos subwoofers activos de la serie KS de QSC ofrecen patrones de radiación cardioide. El KS212C es una solución cardioide de caja única que incorpora dos drivers de excursión larga de 12 pulgadas, es compacto, ligero y tiene un amplificador doble de clase D de 1800 vatios.
 

En segundo lugar, el KS118 es una solución de muy alto rendimiento que contiene un amplificador de clase D de 3600 vatios y un único driver de radiación directa de 18 pulgadas. Su menú DSP integrado ofrece la opción de situar dos o más unidades en una disposición cardioide hacia delante/atrás. 
 

Así, gracias al avanzado procesamiento DSP, cuando se aplican el espaciado, polaridad, niveles de salida y delay correctos entre los woofers, es posible implementar una radiación cardioide eficaz. Tener el control total sobre la topología y la ecualización del subwoofer (especialmente en el KS212C, donde la distancia entre drivers es fija) nos permite adaptar con precisión un filtro DSP cardioide en el que las correcciones de delay y amplitud dependen de las frecuencias para conseguir una radiación cardioide optimizada en todo el ancho de banda utilizable. Al hacerlo, se optimizan tanto la atenuación trasera como la sensibilidad on-axis.

Los subwoofers activos QSC ponen "los graves en su sitio" en el escenario. Evitan la radiación de graves en los micrófonos de los músicos o en la pista de baile, impiden que las paredes tiemblen y permiten minimizar la energía de esos graves que perturban las zonas que deben permanecer en silencio. Una multitud de aplicaciones de sonido en directo pueden beneficiarse de las soluciones de subwoofer cardioide de QSC.