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Un Nuevo Estándar

Después de años de investigación y desarrollo, KV2 Audio se complace en anunciar un nuevo estándar en el refuerzo de sonido en vivo.

Super Live Audio o como nosotros le llamamos "SLA" se ha desarrollado a través de los esfuerzos de KV2 para lograr el rango dinámico más alto posible y las pérdidas más bajas posibles, causadas por la distorsión o la alteración de la señal que pasa a través de la cadena de audio. Además de esto, en lugar de desarrollar tecnologías que tratan de compensar o corregir problemas en el diseño de un sistema, KV2 se centra en la construcción de sistemas que son inherentemente superiores desde el inicio.

Nuestro estándar SLA reproduce niveles de presión sonora en grandes espacios con verdadera representación del rango dinámico y de la fuente. Hay una serie de factores que KV2 han identificado que conforman SLA y los beneficios resultantes que proporciona al oyente. Estos factores incluyen la integridad electrónica (tiempo de estabilización), las tasas de muestreo digital, la respuesta de impulsos, rango dinámico y el diseño del sistema acústico.

Tres Elementos clave del Sonido

Para entender cómo los principios de SLA ofrecen un rendimiento de audio superior, primero tenemos que mirar a los tres parámetros principales que componen el sonido: frecuencia, nivel y tiempo. Si bien esto puede ser de conocimiento común a la mayoría, a menudo nos sorprende cómo la gente se centra en ciertas especificaciones como respuesta de frecuencia o nivel de presión sonora, sin realmente comprender su relevancia en cuanto a rendimiento general del sistema. Los tres elementos clave del sonido deben ser replicados adecuadamente para lograr la reproducción de sonido y refuerzo óptimos.

Al observar las limitaciones de la audición humana, tenemos una especificación que si se une al rendimiento de los sistemas proporcionarán sonido incoloro natural para la audiencia. Como se muestra en la Figura A seguidamente, el oído humano normal oye de 0 a 120 db+ de nivel de señal y 20Hz a 20kHz en el rango de frecuencia. Lo que a menudo se descuida es la importancia de la resolución en el tiempo.

El oído humano es capaz de reconocer la definición de tiempo, (la diferencia de sonidos entrantes), por debajo de 10 microsegundos y una última investigación ha descubierto que puede llegar a ser de 5 microsegundos. Gran parte de la información espacial y direccional de un sonido está directamente relacionada con el componente de tiempo de la señal. Por esta razón, se requieren circuitos extremadamente rápidos y con altas tasas de muestreo para asegurar la reproducción total de las ondas sonoras que llegan a  intervalos de micro segundos al micrófono.

La mayoría de los debates relativos al diseño de sistemas de sonido giran en torno a la respuesta de nivel y frecuencia, pero no tienen en cuenta uno de los factores más importantes: el tiempo; la velocidad a la que los componentes electrónicos y convertidores digitales pueden procesar señales de audio sin pérdida o distorsión.

Definición y Distancia

Fundamentalmente, el efecto de la electrónica, transductores y diseño acústico de un sistema de calidad inferior es una falta de definición y detalle, pero igualmente importante en una situación de audio en vivo es la distancia en la que un sistema puede proyectar el audio claro y definido. Para mantener una alta calidad de sonido, especialmente a larga distancia, es de vital importancia que cada parte de la cadena de audio sea de la mayor integridad. La calidad de cada componente en la ruta de la señal determinará la cantidad de pérdida de información. El sistema debe ser capaz de transferir un sonido sin cambios, incluso durante la escucha del sonido de una actuación desde distancia, con el nivel requerido para proporcionar la mejor experiencia posible para el oyente. Cuando el área de cobertura aumenta, la demanda de resolución y rango dinámico crecen. Estos factores serán determinados por la calidad y la velocidad de la electrónica que componen el sistema. Velocidades de muestreo digitales, transductores y diseño acústico son elementos clave de SLA.

El rango dinámico es la capacidad de un sistema para reproducir las señales más suaves hasta las más altas. En este contexto, las diferentes señales capturadas de múltiples fuentes en el escenario pueden variar desde el umbral de la audición a más de 120dB y todas ellas deben ser reproducidas con precisión por el sistema en relación con la mezcla de los ingenieros. Por lo tanto, es necesario que cuando el sistema está funcionando con alta SPL tenga además la capacidad de transmitir claramente el complejo detalle de bajo nivel de la actuación. Por ejemplo, debemos ser capaces de oír el ruido de la respiración de un músico de flauta a través del volumen de un kit de batería.

El rango dinámico no es un pre-requisito de la capacidad de SPL de un sistema, alta presión sonora no equivale directamente a alto rango dinámico. De hecho, muchos sistemas están entregando grandes cantidades de distorsión no armónica cuando se operan en niveles altos. Si bien esto puede mostrar que el sistema tiene una alta capacidad de SPL, esta distorsión se hace evidente significativamente en el rango de alta frecuencia y enmascara las partes más débiles de la señal. Este enmascaramiento conlleva el borrado de gran parte de la información, causando así una reducción significativa de la claridad. La manipulación artificial de la señal hace que sea imposible transmitir el ambiente o la atmósfera real del sonido original para el oyente, en particular en la distancia.

Efecto de la distancia en la calidad de la transmisión de sonido con dispositivos de sonido de diferente calidad

Distorsión Armónica y Distorsión Armónica no Audible

La no linealidad de un sistema acústico produce distorsión armónica, que está relacionada con la señal original. Múltiplos de la señal armónica fundamental se presentan dentro del espectro, en componentes pares e impares de distorsión armónica. La distorsión armónica impar es causada por alteraciones en ambas mitades de la longitud de onda de la señal periódica, (Normalmente establecida en la limitación del amplificador).

La distorsión armónica es causada incluso por perturbaciones en una media-longitud de onda, (Típicamente establecida a presiones acústicas altas, como segunda distorsión armónica en función de la presión acústica). Realizando pruebas se ve que la distorsión armónica impar es audible en un 0,1%, mientras que la distorsión armónica es audible en un 1%.

La distorsión no armónica no está relacionada con la señal original, es causada por la lenta reacción del sistema debido a la amortiguación insuficiente de los componentes acústicos y filtros, y esto también crea ruidos extraños que se añaden a la señal original, mostrando un comportamiento impredecible del sistema. Una representación y expresión típicas de la distorsión no-armónica es causada por una tasa de muestreo baja y pobre capacidad de procesamiento DSP.

La distorsión no-armónica es muy audible en función de su carácter, pero a menudo se confunde con el contenido de alta frecuencia dentro de la señal original, con el efecto de enmascarar la verdadera respuesta y por lo tanto ésta no puede ser transferida correctamente a través de la distancia.

La señal de audio se compone de muchos componentes, armónicos, ruidos y perturbaciones que atraviesan todo el espectro y es compleja. Por tanto, es cierto que sus propiedades están más cerca de señales aleatorias. De ello se desprende que la distorsión de una señal de audio compleja crea un nivel de ruido complejo, que enmascara y perturba los niveles más bajos de la señal original. Sólo el 1% de distorsión en una señal compleja crea un nivel de ruido de banda ancha a un nivel de -40 dB. Las pruebas prácticas han demostrado que podemos escuchar un tono de onda sinusoidal de 1Khz con el nivel de 0 dB de ruido blanco en niveles de -70 a -80 dB. Lo que esto demuestra es que un sistema con alta distorsión enmascara completamente las señales de bajo nivel, es decir, "El color del sonido". Todos los diseños KV2 Audio, transductores y componentes, presentan una distorsión extremadamente baja, (por debajo del 0,1%, por ejemplo, se puede oír la respiración del cantante, y esto presenta nuevas experiencias auditivas no escuchadas anteriormente en la reproducción de sonido claro y de muy alta definición dinámica.

Rango Dinámico vs Digital Sampling

Como se dijo anteriormente, la música en vivo tiene la capacidad de producir un rango dinámico de más de 120 dB. Para reproducirla a través de un sistema de audio a nivel adecuado, se requiere una capacidad de rango dinámico de alrededor de 130 dB. Es imposible para la mayoría convertidores PCM (Pulse Code Modulation) AD-DA digitales estándar de la industria con conversión digital de 24 bits / 96 kHz reproducir este nivel de rango dinámico. En segundo lugar, mientras que una velocidad de muestreo de 96 kHz se ha considerado adecuada cuando se convierte profesionalmente en una señal de audio consistente únicamente en componentes de señales armónicas, las señales de audio analógicas tienen armónicos y armónicos complejos y por lo tanto deben ser consideradas como señales aleatorias. El espectro de las señales aleatorias es infinitamente amplio, por lo que cuando se convierten señales analógicas a digitales, la frecuencia de muestreo debe ser lo más alta posible con el fin de mantener la calidad de la señal transferida en toda su resolución completa.

En KV2 dimos un enfoque diferente a lo digital para superar los problemas inherentes en los sistemas existentes. Nos fijamos en un proceso de conversión alternativo desarrollado por Sony™ y Philips™ denominado Direct Stream Digital o DSD. El Súper Audio CD (SACD) se basa en este formato digital y, a diferencia de la conversión PCM, la tecnología DSD se basa en un convertidor de 1 Bit Sigma-Delta que produce una corriente de pulsos. La amplitud de la forma de onda analógica está representada por la densidad de impulsos y se llama densidad de impulsos de modulación (PDM). El flujo de bits digital resultante se codifica en la enorme cantidad de 2,822,400 muestras por segundo! (2.8224MHz). Nuestros ingenieros llevaron a cabo pruebas prácticas de escucha para determinar la frecuencia de muestreo mínima requerida para eliminar cualquier pérdida de información audible. El resultado permitió a KV2 diseñar un circuito basado en DSD con una increíble frecuencia de muestreo de 20 MHz utilizando un convertidor de 1 Bit Sigma-Delta PDM. El nuevo convertidor digital KV2 ofrece una resolución siete veces más alta que el estándar del sector de 24 bits / 96 kHz de audio profesional.

Un circuito especial agrega 20 dB adicionales de rango dinámico para utilizar la máxima capacidad del convertidor a bajos niveles. El procesamiento híbrido de señales de KV2 Audio utiliza lo mejor de la tecnología analógica y digital para proporcionar todo el filtrado necesario, ecualización y alineación de tiempo a nuestros sistemas de altavoces. Este enfoque de lo mejor de ambos mundos proporciona un rango dinámico sin igual en la reproducción de audio. La respuesta de impulsos y la capacidad de capturar y reproducir componentes de tiempo del sonido es la clave de  su claridad, definición, imagen espacial y profundidad.

Integridad Electrónica

Para mantener una señal de audio de alta resolución, es importante que el sistema mantenga el menor tiempo de respuesta de impulso posible. El tiempo de respuesta de impulso se ve afectado por el tiempo de establecimiento y el diseño de los circuitos en la electrónica analógica. El tiempo de establecimiento de sistemas electrónicos comunes que se utilizan en la mayoría de los sistemas de sonido comerciales es de alrededor de 10μs, diez veces más de lo que debería ser. La distorsión, creada por los tiempos de estabilización lentos, no son comúnmente apreciados por muchos fabricantes, ya que no entienden su significado, y a menudo no se muestran en las especificaciones técnicas de sus productos. Además, el ruido que suma esta distorsión es muy a menudo confundido con alta frecuencia original, sobre todo en las tecnologías digitales se pueden mostrar como sonido brillante, "efervescencia" en la gama alta.

La frecuencia de muestreo es el principal factor determinante de la respuesta de impulso en el campo digital. En la Figura B (abajo) se evidencia que la señal que comúnmente utilizan los sistemas comerciales, en particular digitales, no puede alcanzar la resolución completa de la señal original. El tiempo de respuesta de impulso se ve afectado en los sistemas digitales por la tasa de muestreo y por la velocidad de la electrónica (tiempo de estabilización) en el camino de la señal analógica además de por el control del movimiento de los componentes acústicos (movimiento de los altavoces). El cambio en la señal original causado por la mala respuesta de impulso crea distorsión. Los sistemas con largo tiempo de respuesta de impulso son incapaces de transferir alta dinámica y señales de alta definición. Los sistemas SLA incorporan un procesamiento de señal híbrida líder en la industria con frecuencia de muestreo de 20 MHz y tiempo de estabilización electrónico de 1 microsegundo (1μs), para asegurar la reproducción de audio con la mayor resolución y definición posibles.

Figura B

Amplificación

Los amplificadores KV2 Audio se han diseñado desde el principio para aplicaciones específicas. Este enfoque nos permite emplear la potencia necesaria para reproducir con precisión las altas, medias y bajas frecuencias. Los dispositivos de baja frecuencia tienen un conjunto único de requisitos: Los Woofers son grandes, pesados y difíciles de mantener bajo control y necesitan una gran cantidad de energía, pero el rasgo más importante de sus características es el cambio de fase del woofer. En pocas palabras, el cambio de fase es cuando la corriente no sigue a la tensión cuando la energía fluye a través de la bobina. Si va a enviar 1,000Circuitry2 vatios (100 voltios y 10 amperios desde el amplificador) en condiciones de desplazamiento de fase, puede necesitar enviar el doble de amperios a la mitad de la tensión con el fin de mantener el woofer bajo control. Un amplificador estándar no puede dar cabida a esto, así que desarrollamos una nueva topología de amplificador centrado en la producción de gran intensidad, consiguiendo más del 90% de eficiencia para reducir al mínimo las necesidades de refrigeración y aumentar la fiabilidad mejorando las características del diseño de la fuente de alimentación conmutada para mantener la tensión de salida baja, pero con capacidad de ofrecer mucha más alta corriente mejorando el factor de amortiguación de los diseños Clase H estándar actuales. Por razones de calidad de sonido usamos topologías Clase A o Clase AB en la gama de reproducción de media y alta frecuencia. La calidez y la claridad que ofrece este tipo de amplificador es ideal. Nuestro diseño utiliza dispositivos de salida MOSFET push-pull y transformador equilibrado con tiempo de recuperación rápido. El transformador de salida del amplificador proporciona una técnica vital para el control de la señal de salida del amplificador en clipping mediante la reducción de la distorsión de intermodulación.

Diseño de los Transductores

Uno de los parámetros más importantes en el diseño de los transductores para Super Live Audio Systems, es la eliminación de resonancias no deseadas. Estas resonancias son causadas generalmente por el diseño mecánico del altavóz y su incapacidad para controlar los movimientos del diafragma. Las resonancias reducen la definición general enmascarando señales más pequeñas y producen tonos no relacionados con la señal original. La Figura C muestra una señal original senoidal (rojo, arriba) con su extremo claramente definido y la misma señal reproducida (azul, abajo), todavía oscilante después de que la señal desaparece, debido a un mal control de la masa del altavóz. La mala respuesta de impulsos tiene un efecto muy negativo en la capacidad de un altavoz para rechazar el feedback.

Figura C

Cada altavoz utilizado en un sistema KV2 Audio está diseñado específicamente. Esto conduce al desarrollo de componentes que se convierten en la solución definitiva para su aplicación específica. Uno de los proyectos más desafiantes realizados por el equipo fue el desarrollo de nuestra nueva gama NVPD de motores de compresión. La idea surgió durante una comida italiana, donde discutimos un nuevo recubrimiento de nitrato utilizado en carreras de Fórmula Uno, que ofrece una resistencia y rigidez extremas. Extremadamente ligero, es ideal para los coches, pero nunca había sido utilizado en audio profesional. Al tratar el diafragma con un proceso de Deposición de Vapor de Nitrato (NVPD), las características de resonancia de amortiguación de la cúpula se mejoran drásticamente, disminuyendo aún más la distorsión extendiendo la respuesta de frecuencia. Mediante la adición de algunos de los motores de neodimio más grandes disponibles en la actualidad y nuestro corrector de fase avanzado el resultado de nuestro diseño fue una de las mejores series de unidades de alta frecuencia del mundo, que producen menos del 0,03% de distorsión y respuesta plana hasta más de 22 kHz.

Control Activo de la Impedancia

Los sistemas SLA cuentan con un excepcional rechazo al feedback y esto en parte se debe a su excelente respuesta de impulsos. Además, la masa de los altavoces se optimiza de forma muy positiva mediante el uso de un control activo de impedancia, (trans-coil). Este sistema utiliza una bobina estacionaria secundaria, lo que reduce la inductancia hasta cerca de cero y mejora dramáticamente la respuesta de impulsos. La inductancia es la razón principal de la distorsión armónica impar. La distorsión armónica impar es mucho más audible que incluso la distorsión armónica. La Figura D muestra los efectos de la AIC.

Baja Inductancia = Distorsión Armónica Impar Baja

El Control de Impedancia Activa o AIC es un componente adicional, instalado en un eslavón del circuito magnético del altavoz. Se trata de una bobina que se enrolla alrededor de la pieza polar para que esté muy cerca de la bobina de voz primaria. Una corriente que fluye por esta bobina genera un campo magnético que está en oposición al campo generado por la bobina móvil. Esto cancela la mayor parte de la inductancia de la bobina principal y reduce la modulación de flujo y la inductancia de modulación de flujo. El dispositivo AIC puede considerarse como un anillo de cortocircuito "activo". El soporte de la AIC permite posicionar la bobina de muchas maneras diferentes dentro del recinto acústico, de acuerdo a las necesidades específicas de cada aplicación.

Muchos fabricantes de audio en todo el mundo han tratado de utilizar componentes trans-coil de KV2 con poco éxito. No se dan cuenta de que es una combinación de los transductores y del diseño de la electrónica lo que produce la calidad de sonido de KV2.

Diseño de Sistemas de Sonido

Hay dos tipos principales de diseños de sistemas de sonido que se han destacado en el mercado, que consisten en la fuente de un solo punto o varios conceptos de fuentes multipunto. Los Multi Point Sources surgieron por el requerimiento de potencia de salida muy alta. La idea satisface criterios, pero con el aumento del número de fuentes de sonido se produce una reducción global de la calidad del mismo. Las dos grandes desventajas de los sistemas de código multipunto fueron la supresión de la alta frecuencia y el desplazamiento en el tiempo de las salidas individuales de los altavoces. Además, las salidas individuales juntas de los altavoces desplazadas en el tiempo causan mala respuesta de impulso del sistema. Los primeros tipos de fuentes multipunto eran simplemente un gran montón de cajas acústicas, apiladas juntas como bloques de construcción con la intención de alinear todos los ejes. Una mejora importante en la siguiente generación de sistemas fue la introducción en los sistemas multipunto, de un eje que proporcionó una mejor respuesta de frecuencia y una mayor definición de los sistemas de ejes múltiples anteriores.

Desafortunadamente, aunque fue un paso adelante, la respuesta de frecuencia y respuestas de impulso todavía no eran ideales y la cobertura era a menudo inconsistente. Una representación típica de sistema de sonido de fuente multipunto con eje común hoy en día son los sistemas line array. El line array reduce el efecto de las fuentes multipunto que interfieren unas con las otras como pasaba con los sistemas de hace veinticinco años, pero todavía les queda un largo camino para alcanzar los resultados superiores de las fuentes de un solo punto. Un sistema de sonido de fuente única puntual ofrece la más alta definición y rango dinámico posibles hoy en día. La alta inteligibilidad es un subproducto de estos sistemas single point source, pero sólo se garantiza el mantenimiento de esta alta definición y alta dinámica a través del uso de la electrónica rápida y precisa, con transductores de baja distorsión. La respuesta de frecuencia natural de un line array antes del procesamiento muestra un estatus continuo fuera de las altas frecuencias, de 2 kHz hacia arriba, debido a la cancelación causada por la proximidad de numerosos transductores de alta frecuencia. Para corregir este fenómeno se requieren grandes cantidades de ecualización que se añaden al extremo superior. Esta gran amplificación de ganancia en los altos, reduce el rango de frecuencias general del sistema. En promedio, un line array requiere diez veces más de potencia para controlar el extremo superior de la frecuencia en comparación con un sistema de fuente de un solo punto. Por lo tanto,  la alta potencia no es necesariamente un requisito para la cobertura a gran escala, sino que bastante a menudo es un resultado de las ineficiencias del sistema.

Además de esto, cuando en un sistema line array se utilizan varios altavoces, el oyente recibe múltiplos del sonido original en momentos ligeramente diferentes, manchando la información. Para mantener una señal de audio de alta resolución, es vital que el sistema sea capaz de ofrecer un corto tiempo de respuesta de impulso. La respuesta de impulso de un line array es defectuosa debido a los cambios de tiempo en el sonido que llega al oyente. Los siguientes diagramas muestran que la respuesta de impulso de un line array variará con la ubicación de cada oyente individualmente. La carencia de tiempo para el oyente 1 es diferente a la del oyente 2. Muchos fabricantes afirman que estos cambios de tiempo pueden ser corregidos mediante retardos digitales, sin embargo, esto no proporciona una solución porque los cambios de tiempo serán infinitamente variables con cada nueva posición el oyente. Otro mito relacionado con los line arrays es la idea de que todos los elementos que lo componen producen en conjunto una controlada, directiva y amplia cobertura de campo.

Pero como podemos ver por los patrones polares abajo, éste está lejos de ser el caso. El patrón de la parte superior muestra la suave dispersión de un sistema de fuente puntual en comparación con la dispersión irregular de un line array. Como podemos ver en este patrón polar lo que realmente ocurre con un line array es una serie de picos y valles, causada por la interferencia destructiva y constructiva entre los elementos. Aún más crítico, un factor pasado por alto por los ingenieros de sistemas line array y de software de predicción, es el movimiento aleatorio del aire en el área de escucha. Esto provoca grandes cambios en las propiedades de transmisión de los sistemas multipunto. Este fenómeno se produce cuando el público llega al recinto de escucha, y después de que el ingeniero de sistemas ha pasado todo el día alineando el sistema de sonido a un entorno vacío pero teóricamente perfecto - un ambiente que en una situación de conciertos real nunca existirá.

Patrón de dispersión del Point Source

Patrón de dispersión del Line Array

 
 
 
 

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