Acústica (III): más detalles y curiosidades sobre la reflexión

Ahondamos un poco más allá de la presentación muy general que hicimos sobre la reflexión en la entrega anterior, manteniéndonos todavía en un terreno divulgativo. Entre otras cosas nos llevará a conocer las 'salas de secretos o de susurros' o los micrófonos parabólicos y PZM.

Un aspecto no mencionado en la entrega anterior es el efecto sobre la presión sonora que se produce en la región inmediata a la pared en la que se refleja el sonido. Dicho de una forma muy simple, mientras que en el avance sin obstáculos tenemos en un punto determinado una cierta presión, la presencia en ese punto de un reflector perfecto (como una pared ideal) ‘devuelve’ hacia atrás la señal y hace que se doble la presión por la combinación directo + reflejado. Como ya hemos mencionado otras veces doblar la presión implica cuadriplicar la potencia, es decir, un crecimiento de 6dB en nivel, que se aprecia en la zona más próxima al reflector (la pared).

Esto es algo que conviene tener en cuenta al ubicar los captadores (micrófonos) y las fuentes. Por ejemplo si pensamos en una fuente, como puede serlo un altavoz o un monitor de estudio, la presencia de un reflector cercano afecta también, pero debido al carácter directivo de esas fuentes y a las dimensiones que se manejan (siempre en relación a la longitud de onda) serán las frecuencias graves las que vean esa potenciación del nivel. En medias/agudas la situación puede ser variable, tanto por el carácter mucho más directivo de su emisión (menor presión incidente sobre la pared que está detrás) como por la mayor absorción que existirá típicamente para ellas en la pared, como también por una mayor posibilidad de que la combinación directo/reflejado no sea constructiva, algo que la mayor longitud de onda de las señales graves sí garantiza. La señal emitida por el altavoz y la reflejada en la pared se suman prácticamente ‘en fase’ (de forma constructiva) para las componentes graves pero quizá no para las agudas, al existir una separación de varios centímetros.

La presencia de la pared divide por la mitad el espacio posible de propagación y por ello dobla la presión (siempre pensando en una reflexión perfecta ideal, que sólo y de forma aproximada sucederá para los graves).

De forma parecida una ubicación de los altavoces próxima a la línea que une dos paredes (o una pared y suelo, o una pared y techo) implica que la posible región por la que puede propagarse el sonido se reduce a la cuarta parte respecto a la ausencia de obstáculos, con lo que tendremos 4 veces más presión o 16 veces más potencia (12dB más) en una arista. Aún más grave, una ubicación en una esquina implica un espacio de propagación que es 8 veces menor, con 8 veces más presión y 64 veces más potencia (18 dB) en el vértice.

En la práctica no notamos en los espacios cerrados una ganancia tan grande. Desde luego no apreciamos esas 64 veces mayor potencia por colocar los altavoces en una esquina. Se debe a que no son realmente fuentes omnidireccionales y también a la presencia del campo reverberante (que es de elevado nivel en las salas habituales). La ganancia de 18dB es sólo en condiciones de emisión esférica y en comparación al campo libre puro, sin reverberación.

De hecho algunos micrófonos aprovechan una ‘pared’ interna tras el captador para mejorar su sensibilidad. Se trata de los PZM (pressure zone microphone) o ‘boundary layer microphones’. Están pensados para su uso aplicados directamente sobre una superficie o pared.

Aquí tenéis una imagen de un micro PZM de Crown que forma parte del catálogo de AKG.

Estos micrófonos además, al reducir la diferencia de camino entre sonido directo y reflejado tienen un menor impacto de efecto peine, aunque en su contra juega el que normalmente la fuente (por ejemplo un locutor) no estará cercano, con lo que llegará menor nivel de sonido directo y con una peor separación respecto al fondo reverberante. Pero hay situaciones donde es imposible que el locutor lleve un micrófono o que se monte un micrófono cercano en un pié o flotante, y entonces esta ganancia de 6dB puede ser muy bien recibida.

Se usan también como micrófonos ‘sobre la mesa’ en salas de conferencia y púlpitos de iglesias, o incluso para captar sonido de bombos y otros, asegurando un refuerzo especial de graves (y sin el problema de la ‘distancia’ a la fuente). En todo caso son un ejemplo de uso ‘a favor’ de estos efectos de reflexión.

Otra alerta importante relacionada con la reflexión es la relativa a paredes que no sean planas. Frente a la idea de la ‘fuente especular’ que podíamos concebir en las paredes planas, este otro tipo de superficies son mucho más intervencionistas.

Una pared cóncava respecto a la dirección de avance de la onda tiende a generar una concentración, que es algo generalmente no deseado. Por el contrario un reflector convexo muestra tendencia a dispersar el sonido y suele ser preferido.

En particular una concavidad parabólica puede concentrar hacia un punto focal todos los 'rayos' sonoros, o pueden diseñar se curvas en el reflector que modifiquen el patrón de radiación típicamente esférico hacia un avance mucho más alineado y paralelo. Lo vemos con unos ejemplos prácticos.

No por casualidad muchas de las formas presentes en los elementos para acondicionamiento acústico para graves son de tipo convexo. Por ejemplo a la hora de ‘matar’ las esquinas y aristas usando absorbentes se usan más grandes (para que alcanzar un mejor comportamiento en graves, pero también se suele aplicar un perfil visto que es globalmente convexo para añadir a la acción de absorción otra que favorezca difusión. Un perfil cóncavo (que exigiría menos material) no tendría el mismo resultado. Suavizaría la esquina pero no sería tan eficaz. De hecho se comercializan tubos absorbentes para graves como el de la imagen.

Esa misma idea, la de evitar la ‘cavidad’ y favorecer la ‘protusión’ que ayuda a la difusión, es la que lleva en este otro elemento pensado para las esquinas a un recorte de los picos.

Otro ejemplo claro, en este caso de uso a favor de la concavidad es el de las las antenas de radiocomunicaciones y algunos tipos especiales de micrófonos pensados para captar señales muy débiles/alejadas en entornos hostiles. Buscan precisamente aprovechar una superficie cóncava para concentrar el máximo posible de energía de esa señal hacia un punto focal en el que situar el elemento sensible/captador de señal.

La imagen está tomada de un análisis comparativo entre micros ‘parabólicos’ y micros rifle ‘shot-gun’ (que usan un largo cañón como forma de obtener también una generosa directividad) publicada en gearads.com. En la foto veis ambos tipos de micrófono dispuestos sobre una cámara. Si os fijáis en los partidos de beisbol veréis a personas con unas grandes parábolas entre los brazos. Las usan con un micrófono en su punto focal para lograr captar el sonido de los jugadores. Suelen ser varias personas con sendas parábolas y están permanentemente siguiendo los movimientos de cada uno de los jugadores enfocándolas hacia ellos.

En otra situación posiblemente conocida por muchos, es también esta cuestión de la concentración del haz sonoro la que está detrás del diseño de las conocidas ‘salas de los secretos o de los susurros’ como la que hay en el Monasterio de San Lorenzo de El Escorial. La forma particular de su techo hace que lo que se dice en una esquina viaje fácilmente a la opuesta sin que sea escuchado en el resto. La forma de la bóbeda compensa el avance esférico y consigue concentrar la energía en un avance plano hacia el extremo opuesto, donde la forma complementaria hace que ese frente plano se focalice sobre un punto de escucha privilegiado. Un oyente fuera de esas posiciones singulares no recibe esa concentración y por lo tanto el nivel de señal que recibe es mucho más difícil de percibir.

La que se encuentra en San Lorenzo, es una sala con cuatro esquinas y es posible mantener conversaciones a bajísimo nivel entre cada pareja opuesta, mientras en el centro de la sala, casi siempre ocupada por más personas hablando en voz normal, esas conversaciones secretas no son perceptibles.

Hay muchas variantes de este tipo de diseños se sala de susurros. Podéis leer más sobre esta curiosidad en slate.com.