Audio Pro: Colocar caixas de delay ou não?

Neste artigo você entenderá que: as caixas de delay devidamente instaladas vão diminuir variação tonal, melhorar o D/R, reduzir comb filter e muito mais. Vamos agora examinar a necessidade da adição de caixas de delay para sistemas de sonorização.

Artigo de Merlijn van Veen | Tradução por Douglas Barba

Torres de delay utilizadas no show do Iron Maiden no Peru com Line Array RCF.

Eu leio regularmente posts no fórum da ProSoundWeb questionando a necessidade de adição de caixas de delay para sistemas de sonorização. O argumento padrão em favor do uso [das caixas de delay] é a restauração do nível, enquanto as objeções são o orçamento, campo de visão obstruído, problemas de tempo, a distorção da perspectiva sônica, logística e trabalho.

No entanto, há uma vantagem séria, mas muitas vezes esquecida na adição de caixas de delay, limitando a eficácia da absorção, que vão simplesmente além da restauração de nível.

O local mostrado na Figura 1 é de um post da PSW , este local é uma pequena igreja. A pessoa que postou estava procurando no fórum a melhor abordagem para a concepção de um sistema de som adequado mas com custo limitado.

Figura 1 – igreja pequena

As paredes e o teto do local na Figura 1 são construídos de drywall (também conhecido como gesso ou placa de gesso) oferecendo pouca ou nenhuma absorção para média e alta frequência. O palco e o chão são revestidos com carpete. Tipicamente, salas grandes tem tempos de reverberação mais longos, só não é assim quando o aumento no tamanho está acompanhado por adição de absorção extra.

No caso da figura acima, o volume da área é suficientemente pequeno de forma a acabar com a absorção de baixa frequência. E nem sequer consideramos os efeitos normalmente benéficos da absorção pelo público.

Dito isto, os membros da audiência sentados perto das fronteiras absorventes das baixas frequências em distancias médias ou grandes em relação ao sistema de som sofrerão fortes reflexões em níveis quase idênticos.

Se trajetórias diretas (em linha reta) e refletidas se aproximam uma da outra ao longo do caminho, as compensações no nível relativo diminuem e a ondulação na resposta de frequência derivada do filtro Pente torna-se pior. Cada vez que o sinal direto e indireto se anularem mutuamente, tudo o que restará será o ruído de fundo. A relação Sinal-ruído (SNR) se degrada e a inteligibilidade sofre.

Há três maneiras comuns para lidar com o ruído de fundo:

1. Evite os limites ofensivos com o sistema principal posicionando-o de forma diferente e sem perder os membros do público que estamos tentando sonorizar localizados na frente ou ao lado desses limites. Na prática, isso apresenta um conflito de interesses e é praticamente impossível resolver, especialmente com baixos ângulos de incidência.
2. Se não pudermos evitar atingir esses limites, então absorva ou espalhe o som no impacto. Qualquer abordagem irá provavelmente afetar a superfície de alguma forma e provavelmente alterará a acústica do local, o que pode estar em desacordo com outras aplicações como eventos sem amplificação que se beneficiam de uma certa quantidade de amplificação natural e reverberação.
3. Colocar caixas de delay e explorar suas propriedades direcionais com um posicionamento cuidadoso e tentar efetivamente dar um “by-pass” nos limites. Antes de olharmos para a última opção, vamos começar  considerando o argumento padrão de que caixas de atraso só servem para a restauração do nível.

Figura 2

Chegando rapidamente

Uma menor visão do local (Figura 2) mostra uma taxa de 5,6: 1  (ou seja, 15 dB de variação do nível da frente para o nível de trás) para uma caixa colocada na posição “mais alta” possível. Uma única caixa, no entanto, só pode corrigir uma relação de distância em 2: 1 no máximo, (a partir do eixo em 100 por cento em relação à distância para fora do eixo que é de 50 por cento).

Mesmo se estivermos dispostos a aceitar 6dB de variação no nível, isso nos deixa com 3dB a menos na parte de trás da platéia.

Pelo menos quatro a cinco caixas point source acopladas e configuradas assimetricamente ou um ‘dash’ array (um line array de seis alto-falantes ou menos) seriam necessários para lidar com este tipo de assimetria no plano vertical. Ambas as soluções estão além do objetivo deste artigo assim como o orçamento disponível.

Outra desvantagem de usar uma única caixa é a variação tonal. O transdutor de uma caixa de baixa frequência típicamente é incapaz de introduzir qualquer diretividade porque produz comprimentos de onda superiores ao seu diâmetro, tornando-o imune a rotação.

Isto é o contrário do que acontece nas médias e altas frequências, que podem ser controladas muito bem por uma corneta, adequando diretividade constante e nos permitindo direcionar o som onde queremos.

Figura 3

Use Front Fills

A Figura 3 mostra uma única caixa angulada em 50 graus destinada à parte traseira da igreja. A queda de nível da frente para trás nessa parte do espectro é de 9 dB (15 dB de intervalo e menos de 6dB de atenuação angular), e que está ultrapassando o início da audiência. Este último problema afeta apenas uma minoria do público e é melhor tratada por uma solução local, por exemplo, front fills.

A Figura 4 representa o limite inferior da mesma caixa. A falta de diretividade e imunidade inerente à rotação resulta em uma perda de 15 dB. Aqui só temos a distância em jogo e nenhuma atenuação angular porque não há nenhum ângulo de cobertura para começar nesta parte do espectro. O ganho da sala favorece as baixas frequências por reflexões acumuladas ao longo da distância (também conhecido como acúmulo LF), sendo assim é provável que a taxa de perda LF diminua.

Figura 4

Dito isto e explicado, diferentes taxas de perda resultam na variação tonal. Caso o resultado na parte de trás do local seja opaco (a regra e não a exceção) é porque nós sofríamos simultaneamente de perdas HF por via aérea, neste caso a caixa de delay fornece um bônus adicional, restaurando apenas as frequências que estão faltando.

Isso reduz a inclinação espectral. Basta estar consciente de que o hi-hat não pode ser ouvido na caixa de delay focando assim a atenção sobre a sua localização.

Vendo o lado positivo

Independentemente disso, a restauração do nível de pelo menos 3 dB no fundo da sala é necessário, o argumento mais comum em favor do uso de caixas de delay é colocar todo o público dentro de 6 dB de variação de nível ou menos.

Figura 5

A Figura 5 oferece uma visão desta abordagem. A caixa principal ( Main ) foi inclinada ligeiramente para baixo com intuito de limitar a sua cobertura numa proporção de 2: 1 , chegando até a segunda fileira. Uma caixa de delay vai cuidar do resto do público, complementando o P.A principal.

A Figura 6 demonstra a essência deste artigo e a necessidade muitas vezes esquecida no uso de caixas de delay, reapontar ou absorver não é uma solução viável. Uma única caixa em um ângulo de incidência, colocando o público perto do plano de propagação no que diz respeito ao seu som refletido em uma parede traseira não-absorvente só manterá o controle no nível somente na primeira metade da audiência.

Figura 6

Além desse motivo, os comprimentos de onda se aproximam no trajeto uma da outra,resultando em reflexões fortes. Não podemos esperar que a caixa principal chegue a ultima fileira e magicamente evite a parede traseira. Quando nos aproximamos da parede traseira, a sua presença aumenta.

No nosso analisador FFT de dois canais, isto irá se manifestar como uma diminuição na coerência (Figura 7), uma forma de medir a relação sinal ruído.

Contrariamente, a caixa de delay posicionada para a frente tem uma relação geométrica substancialmente diferente da parede traseira. O aumento do seu ângulo de inclinação para baixo insere atenuação angular no caminho refletido fora do eixo (Figura 8). A trajetória refletida viaja uma distância maior em comparação com o som direto, e além disso ,sofre uma perda adicional no início.

Figura 7

Portanto, a caixa de delay irá exibir uma melhor D/R (relação direta-para-reverberante) que beneficia a caixa de P.A que foi comprometida durante a restauração simultânea do nível e teve redução por conta da variação tonal.

O ângulo de incidência da caixa de delay em relação a caixa principal irá determinar a taxa na qual a caixa principal e a caixa de delay  se separam em termos de tempo (Figura 9). Evidentemente, uma caixa de delay devidamente atrasada e alinhada com a caixa principal permanecerá alinhada em relação a distância , enquanto que se a caixa de delay e a principal estiverem opostas uma a outra vão criar uma situação de impasse.

Ao escolher a posição correta para a caixa de delay a cobertura, nível e variação tonal devem ser cuidadosamente equilibradas em realação a D/ R de uma posição mais para a frente em troca de uma redução de “sincronicidade.” Se o tratamento da sala não é uma opção (novamente, Figura 6), então caixas de delay  são uma alternativa viável para melhorar D/R na parte mais vulnerável do público.

Figura 8

Regras de ouro

Para garantir que a caixa de delay seja o mais discreta possível, certifique-se:

1- É igualmente alta como a caixa principal, no máximo.
2 – Ela chega no tempo. O efeito Haas (ou efeito de precedência) requer um sistema diferencial para detectar um desvio nos tempos de chegada. Um sistema que não possuímos no plano vertical ao contrário do plano horizontal. O excesso de atraso irá resultar numa degradação audível e mensurável, com menos eficiência, e artefatos que vão desde uma forte coloração tonal até ecos discretos, dependendo do material do programa.

Figura 9

IMPORTANTE: Se grandes oscilações de temperatura são esperadas, afetando assim a velocidade do som e, consequentemente o alinhamento de tempo, os tempos de atraso devem ser reavaliados. Se oscilações de temperatura não puderem ser dimensionadas, a linha de retransmissão oferece melhores trade-offs (ato de escolher uma coisa em detrimento de outra , um jogo de perde e ganha).

3 – O som é o mesmo. Normalmente, há menos ar entre as caixas de delay e o público do que entre as caixas principais e o público

A caixa principal sofreu uma perda maior de HF do que a caixa de delay. Então a caixa de delay deve também ter menos agudo. Como alternativa, a caixa principal pode ser mais brilhante desde que não piore a escuta na frente da platéia.

As frequências mais baixas(Low-end) são arquivadas ou em última análise cortadas.  As caixas principais(P.A) sofreram uma quantidade substancial de acúmulo de baixa-frequência na parte de trás da sala. Colocar um filtro shelving no low-end da caixa de delay irá reduzir variação tonal e simultaneamente reduzir o excesso de LF para o público que está na frente da caixa de delay. As figuras 10 e 11 mostram as diferenças entre ambas as abordagens com a divisão ativada. Observe a redução do filtro pente na parte de trás da audiência.

Figura 10

Em conclusão, as caixas de delay devidamente instaladas vão:

1. Restaurar o nível (o que nem sempre é necessário)
2. Diminuir variação tonal
3. Melhorar D/R
4. Reduzir Comb filter
5. Melhorar a SNR, coerência e inteligibilidade

Com sede na Holanda, Merlijn van Veen é um consultor especializado em design de sistema de som e otimização, e ele também é um educador de áudio .

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