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TEMA 1: Configuración y cálculo de instalaciones electroacústicas.Tipología y características. Fenómenos acústicos. Elementosque componen la instalación, tipología y características.Normativa y reglamentación.

Esquema:

1. Introducción

3 2. Sonido. Fenómenos acústicosI 2.1. Medida y características del sonido:¡ 2.2. Dinámica de los sonidos| 2.3. Comportamiento del sonido| 2.3.1. Propagación y Atenuación con la distancia| 2.3.2. Influencia atmosférica en el sonido¡ 2.3.3. Absorción y reflexión| 2.3.4. Difraccióni 2.3.5. Eco y reverberación< 2.3.6. EnmascaramientoS 2.4. Señal de audio| 2.4.1. Nivel de tensión. El decibelio voltio (dBV)^ 2.4.2. Nivel de potenciaJ 2.4.3. Distorsión| 2.4.4. Relación señal/ ruidot 2.4.5.Gama dinámicaf 2.4.6. Respuesta en frecuencia| 2.4.7. Impedancia2

% 3. Elementos que componen la instalación, tipología y características¿= 3.1. El micrófonoI 3.1.1. Características de los micrófonos

3.1.2. Clasificación de los micrófonos según el transductormecánico-

3.2. El amplificador3.2.1. Características de los amplificadores3.2.2. Las entradas3.2.3. Las salidas

3.3. Transductores de la señal de audio. El altavoz3.3.1. Características de un altavoz3.3.2.Tipos de altavoz

3.4. Mezcladores - Ecualizador§ 3.5. Fuentes musicaleso>'uu* PREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA c/ Genova, 7 - 2° • 28004 Madrid Tel.: 9i 308 00 32

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4. Configuración y cálculo de instalaciones electroacústicas.4.1. Tipos de instalaciones electroacústicas4.2. Clasificación4.3. Cálculos

4.3.1. Instalaciones en recintos cerrados4.3.2. Instalaciones en espacios exteriores

5. Normativa y reglamentación

6. Referencias bibliográficas y documentales

1. INTRODUCCIÓN

En este tema, y en su inicio, se estudiarán las características principalesdel sonido y de la señal de audio para así poder comprender mejor suscomportamientos desde el punto de vista electroacústico.

La necesidad del refuerzo de palabra en salas con cierta multitud, enauditorios, etc. -querer sonorizar un recinto al aire libre o simplementeun pequeño local comercial, requiere unos conocimientos tantoespecíficos del local como de los distintos componentes con los quepodemos configurar la instalación, así es el hecho de la colocaciónidónea de altavoces con respecto al oyente como al orador. Absorcioneso reflexiones de obstáculos que nos podemos encontrar y un largoetcétera.

Por todo ello, es necesario atender a conceptos y definiciones que en suconjunto nos ayudarán a componer, configurar y calcular correctamentelas instalaciones electroacústicas, el alumno comprobará que laelaboración de este tema no se ha seguido el enunciadojerárquicamente, sino que según avancemos nos convenceremos de laeficacia en la estrategia seguida.

2. SONIDO. FENÓMENOS ACÚSTICOS

El sonido, según la acústica física, es una vibración mecánicalongitudinal capaz de producir una sensación auditiva.

El sonido, según la acústica fisiológica, es la sensación auditivaproducida por una vibración de carácter mecánico.

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Desde un punto de vista más global podemos decir que el sonido es unavariación de presión en el aire que puede ser percibida por el oídohumano.

La acústica física: estudia las características y propiedades de lavibración sonora audible (20 a 20.000 Hz), sus tipos y los diferentesmedios por los que se propaga. Si están por debajo de 20Hz sedenominan infrasonidos y si son por encima de 20.000Hz ultrasonidos.

En forma muy resumida diremos:Menos hercios = Sonido más grave. Más hercios = Sonido más agudo.

2.1. Medida y características del sonido

Los sonidos los diferenciamos por su frecuencia, su amplitud ointensidad y su longitud de onda.

Las variaciones de presión del aire se mide en pascales (Pa) y estaspueden ser tan pequeñas que no las podemos oír (umbral de audición,20 uPa) o tan grandes que nos llegaría a doler el oído (umbral del dolor,20 Pa).

Cuando hablamos de presión sonora no decimos X pascales, seexpresa en dBs (decibelios). Cuyo valor 0 dB corresponde al umbral deaudición y cada 20 dB corresponde a multiplicar por 10 el nivel depresión acústica. Con la siguiente tabla se puede hacer una idea de loque representa el dB:

50 dBs Restaurante lujoso

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60 dBs Oficina diáfana

70 dBs Restaurante bullicioso Difícil uso teléfono

80 dBs Salón de recreativos Molesto

90 dBs Tren metropolitano a 7m Muy molesto. Daño auditivo

(8 Hrs)

100 dBs Martillo neumático a 1m Muy fuerte

110 dBs Concierto de Rock Duro Extremadamente fuerte

20 Pa 120 dBs Umbral del dolor

130 dBs Despegue de un reactor a 70m Dolorosamente fuerte

Esta tabla se refiere a la sensación subjetiva y el cambio físico, y está

basada en la expresión matemática:

La velocidad de propagación del sonido en el aire es de 340 m/sg (1.224Km/h), aunque varía ligeramente con las condiciones atmosféricas.

La longitud de onda (A) es la distanciaentre zonas consecutivas en idénticoestado de presión. Conocida lafrecuencia (f) y la velocidad del sonido(v), podemos calcular la longitud de onda de un sonido a través de laexpresión: Á = v/fA través de la amplitud o intensidad el oído humano puede percibirsonidos fuertes o débiles.

2.2. Dinámica de los sonidos

Voz, música y ruido.

La variación de intensidad permitida por una fuente sonora se denominadinámica de sonido. Así, la voz puede tener variaciones de amplitudtremendas, desde el susurro (30 dB) hasta el grito (85 dB), sin embargo,la música posee una gran variedad de intensidad desde un piano (64dB) hasta una orquesta en un pasaje fortísimo (100dB).

Con respecto a las frecuencias, la voz de un hombre oscila entre los 80a 100 Hz y, más aguda en la mujer, desde los 130 Hz hasta los 8 KHz.En este momento entenderemos que, la gama de frecuencias que llegaa abarcar la música es tan amplia como es capaz de escuchar el oídohumano.

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Del ruido diremos que es todo aquel sonido molesto a nuestro oído. Laquinta sinfonía de Beethoven que escucha mi vecino del 3o, es paracualquiera un ruido ensordecedor a la hora de la siesta.

2.3. Comportamiento del sonido

2.3.1.Propagación y Atenuación con la distancia

El sonido emitido por una fuente se aleja del mismo en forma de ondasesféricas y a una velocidad de 324 m/sg. De esta afirmación diremosque se propaga de manera puntual, es decir emite las frecuenciassonoras en todas direcciones por igual. Pero en la realidad no todas lasfuentes sonoras son puntuales, por ejemplo, en una autopista, el ruidodel tráfico, es una fuente lineal, ya que el sonido no puede propagarseen todas las direcciones. Este tipo de fuentes son emisiones lineales yse propagan en forma cilindrica.Pondremos como ejemplos de propagación y atenuación:- De forma puntual sería como los típicos altavoces de ordenador,

minicadenas, radios pequeñas, etc. Este tipo de altavoz pierde 6 dBscada vez que se dobla su distancia. Si, por ejemplo, un altavozproduce 70 dBs a 1 metro, a 2 metros de distancia producirá 64 dBs.

- De forma lineal sería una torreta con 4 altavoces dentro, éste pierde 3dBs al doblar su distancia. Si, por ejemplo, un altavoz produce 70 dBsa 1 metro, a 2 metros de distancia producirá 67 dBs.

La expresión matemática de estos ejemplos es:

Fuente puntual At = 20log x d a 2 metros atenuaría 6,0205 dB

Fuente lineal At = lOlog x d a 2 metros atenuaría 3,0102 dB

2.3.2.Influencia atmosférica en el sonido

Cuando hablamos de la velocidad del sonido, se hizo referencia a quepodría ligeramente variar por las condiciones atmosféricas, pues bien,aparte de la velocidad de propagación, estas condiciones afectantambién al comportamiento del sonido.Esta conducta afecta, en gran medida, a instalaciones de sonorizaciónen el exterior y, siempre dependiendo de la frecuencia de la fuentesonora.1. Diremos que el aire provoca mayor absorción en: a) frecuencias altas

y b) cuanto menor sea su humedad.

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2. Que según el sentido del viento se producirá concentración (viento afavor) o disminución (viento en contra) del nivel de ondas sonoras.

3. Y que en cuanto a la temperatura, según sea de día o de noche, nosencontraremos, en el primer caso, que el aire caliente se encuentra anivel de suelo mientras que el frío por encima, -en estas condicionesel sonido se propagará hacia arriba. Y que por la noche ocurre alcontrario, el aire caliente se encuentra por encima del frío y tiende apropagar el sonido hacia abajo.

2.3.3.Absorción y reflexión

Ambos son fenómenos que se producirán siempre que el sonido golpeeo incida sobre una superficie.Partiremos de la base de que todos los cuerpos están constituidos porsustancias que absorben y reflejan las ondas electromagnéticas, esdecir, absorben y reflejan ondas sonoras.

Cuanto absorbe o refleja un objeto; todo dependerá de su naturaleza yde su forma o estructura superficial. De manera general, los cuerposlisos, pesados y rígidos son buenos reflectantes, mientras que loscuerpos con formas rugosas, ligeros y que pueden vibrar fácilmente sonabsorbentes.

En electroacústica se han tener en cuenta estas cualidades, en una saladebemos crear un ambiente con la justa absorción y reflexión como paraque suene natural. Para este acondicionamiento acústico nosayudaremos de una propiedad de los materiales "e/ coeficiente deabsorción", éste no es otro que la relación entre el sonido que llega y elabsorbido, y se representa como "a"

a = sonido absorbido / sonido incidenteDicho coeficiente se situará entre dos valores extremos: a = 0 significaráque es reflectante puro y, a = 1 para un excelente absorbente. Decir quecada material tiene un coeficiente de absorción distinto para cada gamade frecuencias, así por ejemplo una alfombra gruesa, tiene un a = 0,08 a200 Hz, a = 0,40 a 1 KHz y a = 0,65 a 5 KHz.

Un caso común al acondicionamiento acústico de un local(recomendable en cualquier caso), y que ayuda a evitar reflexionesindeseadas en cristales y suelos, es la utilización de cortinas y alfombraso moquetas.

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2.3.4. Difracción

En general, un obstáculo no impide el avance de una onda sonora. Laonda rodea los obstáculos, pues cada molécula del aire se comportacomo una nueva fuente de sonido. Esto permite oír aunque no veamosla fuente sonora original. A esta propiedad de las ondas se le llamadifracción. Expresado de otra manera, la difracción consiste en que lasondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculosinterpuestos en su camino. Además, las ondas de distinta frecuenciatienden a separarse pues llevan distintas velocidades (recuerda que lavelocidad depende de la frecuencia). Esto se conoce como dispersión.

Difracción del sonido

2.3.5.Eco y reverberación

Ambos fenómenos son consecuencias, básicamente, de la reflexión delsonido en diversos objetos lo mismo a diferenciaEl eco se produce cuando una onda sonora incide sobre un obstáculo yes reflejada por éste. Se origina así una nueva onda que parece provenirde detrás del obstáculo.

Cuando emitimos un sonido frente a una superficie reflectante próxima anosotros, percibimos la onda emitida y la reflejada, pero no las podemosdistinguir. Percibiremos un eco si la reflexión se produce a más de 17 mde nosotros, ya que entonces el recorrido total de la onda será de almenos 34 m. Debido a la velocidad de propagación del sonido, ladiferencia de tiempo para las ondas emitida y reflejada será al menos de0,1 segundo.La reverberación es como una prolongación de la audición de un sonidodebida a la reflexión. Estas reflexiones llegan a nosotros antes de 0,1s.después de haberse producido el sonido original.Así la reverberación la encontramos en recintos cerrados y por su parteel eco es más usual al aire libre y con formas de valles o cerramientosgeográficos.

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2.3.6. Enmascaramiento

Cuando se oyen simultáneamente dos tonos puros, el menos intensopuede resultar inaudible aunque su nivel de intensidad esté por encimadel umbral de audición. Se dice que queda enmascarado por el otrosonido. El efecto se nota más para frecuencias cercanas al sonidoenmascarado.

2.4. Señal de audio

La señal de audio es simplemente el sonido convertido en señaleseléctricas de forma que sea posible su tratamiento medianteprocedimientos electrónicos.Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductorde presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire(ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas).

La conversión contraria seTRATAMIENTO DE UNA SEÑAL DE AUDIO realiza mediante un altavoz que

convierte las señales eléctricasen ondas de presión de aire.Una señal de audio se puede

caracterizar, someramente, por su dinámica (valor de pico, rangodinámico, potencia, relación señal-ruido) o por su espectro de potencia(ancho de banda, frecuencia fundamental, armónicos, distorsiónarmónica, etc.). En este apartado analizaremos las más importantes.

2.4.1.Nivel de tensión. El decibelio voltio (dBV

La forma básica de una señal de audio posee representación senoidal.En la siguiente figura se muestran los distintos valores que puede tomarla señal de audio.

FactordeCresta -RMS

Las unidades logarítmicas son lasmás utilizadas para expresarrelaciones de potencias ytensiones en aplicaciones cíe audio. Hay dos razones principales: loscálculos con este tipo de unidades resultan sencillos e intuitivos debido aque las ganancias y atenuaciones de un sistema se suman en vez de

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multiplicarse; la segunda razón es que el oído presenta una respuestalogarítmica a las variaciones de nivel sonoro: un aumento del 50% depresión sonora no se percibe como un aumento del 50% del volumen.Sin embargo si variamos la presión sonora de forma logarítmica lasensación será un aumento lineal del volumen sonoro. Existen grancantidad de unidades logarítmicas, pero las más utilizadas en el campodel audio son los dB, dBW (decibelios wátios), dBm (dB milivátios), dBV(dB voltios) y dBu (dB microvoltios).La unidad dBV consiste en utilizar "1 VRMS" como referencia de 0 dB yluego aplicar una escala relativa en dB por encima y por debajo de estareferencia.

2.4.2. Nivel de potencia

El nivel de potencia Acústica es la cantidad de energía total radiada enun segundo y se mide en w. Es un valor intrínseco de la fuente y nodepende del local donde se halle. Es como una bombilla, puede tener100 w y siempre tendrá 100 w la pongamos en nuestra habitación o lapongamos dentro de una nave enorme su potencia siempre será lamisma. Al contrario que la Presión Acústica que sí varia según varié lascaracterísticas del local donde se halle la fuente, la distancia etc.

Es en esta medida donde más confusiones hay por culpa de loscomerciantes que anuncian equipos de gama baja con 500W; sinespecificar la variedad de potencia a la que se refiere. Veamos quemedidas son las reales y cuales las comerciales:Potencia eficaz Wrms: Es la potencia que un amplificador puedeproporcionar continuamente sin sobrepasar el nivel de distorsiónespecificado (1,3 6 10% como máximo).

Potencia musical Wmus: Es la potencia que un amplificador puedeproporcionar durante un corto periodo de tiempo (0,2 seg.). Da la ideade la reserva de energía del amplificador. Esta es una medida"comercial", hay mucha diferencia entre los Wrms y los Wmus (Vp).Potencia de pico a pico, PMPO, etc: Son indicaciones dirigidas aaumentar la cifra real de Vatios con efectos publicitarios. Se consiguenutilizando el valor de pico de la tensión de salida en lugar del valor eficazen la fórmula de potencia, y si el equipo es estéreo, a menudo se sumala potencia de ambos canales.

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2.4.3. Distorsión

Permite evaluar la capacidad de procesar la señal de audio del equiposin alterar su timbre o contenido de armónicos.La distorsión más conocida es la armónica, que se mide en X % Thd.Normalmente se suelen dar las cifras de distorsión de losamplificadores, ya que están por debajo de 0,5%. En cambio, no se danlas de los altavoces porque son mucho más altas, sobre el 2 o el 10%.El oído humano, según lo educado que esté, comienza a apreciardistorsiones a partir de 0,5 y 5%.

2.4.4. Relación señal/ ruido

Nos indica la cantidad de ruido que tenemos enel medio a reproducir o el que se añade alamplificar una señal. Esta relación se mide endBs; y cuanta más alta sea, menos ruidotendremos.

2.4.5.Gama dinámica

Viene referida a la diferencia entre los niveles de picos máximos y los depicos mínimos expresados en dB. Cuanto mayor sea la diferencia mejorserá la calidad de reproducción.Existe una relación entre el rango dinámico y la relación señal/ ruido, yaque si el ruido es alto, los pasajes débiles quedarán enmascarados porél.

2.4.6. Respuesta en frecuencia

Esta característica define elcomportamiento de unelemento electroacústico enrelación a las diferentesfrecuencias que componenla señal de audio.

Entendiéndose como elemento ideal, aquel que es capaz de "tratartodas las frecuencias por igual", esto es, sin atenuar ni realzar ningunade ellas, salvo que esté diseñado para ese fin.

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3. ELEMENTOS QUE COMPONEN LA INSTALACIÓN, TIPOLOGÍA YCARACTERÍSTICAS

3.1. El micrófono

Éste, es un transductor de entrada que convierte el sonido en unacorriente eléctrica fluctuante; representación precisa del sonido. A estacorriente fluctuante se le llama señal de audio.

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2.4.7. Impedancia

Oposición total (con resistencias y reactancias -de altavoces,amplificador, etc.-), de un elemento o circuito al paso de la corrienteeléctrica. Su valor dependerá de los elementos que intervienen en lainstalación de audio, así como, de la frecuencia.Podemos decir que es una de las características más importantes y quemás atención se debe prestar a la hora de realizar el cálculo yconfiguración de una instalación, ya que de ella depende el acople delos distintos aparatos electroacústicos (micrófono, amplificador, etc.) ypor tanto el óptimo rendimiento de la misma.

2.4.7.1. TiposImpedancia de entrada (ZIN), impedancia de salida (ZO U T ) e impedanciade carga (ZL).Existen dos formas básicas de realizar una conexión de impedancias enun equipo de audio: a) salida pensada para ser conectada a una entradacon una impedancia más o menos del mismo valor, conexióndenominada "adaptación de impedancias" (matched); b) el dispositivodispone de una impedancia de salida baja pensada para su conexión auna entrada con impedancia muy alta, permitiendo así que la mayorpotencia posible se libere en la carga, a esta conexión se le denominaen puente bridged.

Como norma general resumiremos diciendo que las impedancias deentrada a un amplificador (ZIN) tienen valores medios o altos y las desalida (ZO U T ) valores bajos (entre 0 y 600 Omh.), así mismo tener en cuentala siguiente regla: el cálculo de la impedancia de entrada equivalentetotal (ZEq) de los distintos elementos a conectar, ha de ser igual o mayora la impedancia de carga del amplificador o del equipo de audio (ZEq >= ZL

del amplificador).

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Podemos clasificar los micrófonos de acuerdo con el tipo de circuito ycon el tipo de tecnología de transducción que utilizan.El circuito puede ser balanceado o no balanceado. Los balanceados sonpreferibles a los no balanceados, sobre todo cuando se utilizan cablesmuy largos.

3.1.1.Características de los micrófonos

Las características que debemos conocer de un micrófono para saber laconveniencia o no de su uso son:

a) Sensibilidad: Relación entre las señales acústicas que recibe y lasseñales eléctricas que proporciona a su salida. Se mide en mV/ Pa(milivoltios/ Pascal), siendo sus valores más corrientes de 1 a 5 mV/ Pa.

b) Fidelidad. Respuesta enfrecuencia: Si nos referimos a lafidelidad como la capacidad delmicrófono en responder con lamisma sensibilidad, sinperturbación ni distorsión a todaslas frecuencias, diremos que surespuesta en frecuencia es elcomportamiento que presentaante las distintas frecuencias de laseñal.

c) Directividad: Existen trestipos básicos de patrones:unidireccional, bidireccional y omnidireccional, aunque se puedenconseguir otros patrones combinando los tipos básicos.El micrófono unidireccional se puede clasificar como aquel que tiene unamayor sensibilidad a los sonido que el vienen de frente a la cápsula conun ángulo relativamente amplio. Este tipo, se puede subdividir en tresque son, el cardioide, supercadioide e hipercardioide. Cada uno de ellosva presentando un diagrama polar cada vez mas estrecho y por tanto sevan haciendo más insensibles a los sonidos que les llegan desde laparte posterior así como del lateral.Los omnidireccional, reciben prácticamente con la misma sensibilidadcualquier sonido independientemente del punto donde proceda elmismo. El bidireccional presenta una gran sensibilidad en el frente, conun ángulo amplio, y una imagen simétrica en la parte posterior, o seaque es menos sensible a los sonido que le llegan desde los laterales ymás sensible a los que le llegan desde el frente y la parte posterior.

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d) Impedancia interna: Resistencia que opone el micrófono al paso dela tensión. Se caracteriza por baja, alta y muy alta impedancia. Bajaimpedancia (alrededor de 200 Oh.). Alta impedancia (1 K o 3 K e incluso600 Omh.). Muy alta impedancia (más de 3 K).Los micrófonos de alta impedancia proporcionan una gran tensión desalida (10 a 30 mV) pero poca corriente. Si tenemos una impedanciabaja se pueden utilizar cables más largos sin peligro de pérdida deseñal, ya que proporcionan poca tensión (0,5 a 2 mV) pero mayorcorriente de salida.Las impedancias más habituales son de 200 y 600 Omh.

e) Gama dinámica: Es el margen desde el sonido más bajo hasta elmás alto que es capaz de captar un micrófono. Para que un micrófonosea idóneo el ruido magnético debe ser menor de 15 dB y el campomagnético debe ser menor de 10 dB.

3.1.2. Clasificación de los micrófonos según el transductor mecánico-eléctrico

a) Dinámicos o Electro-dinámicos- De Bobina móvil: Son los llamados

normalmente como "dinámicos". Estosmicrófonos consisten en un diafragma deplástico "mylar", unido a una bobina que sedesplaza dentro de un campo magnético creadopor un imán polarizado. Cuando la membrana semueve como consecuencia de la presión del airesobre ella, la bobina que es solidaria se mueve también dentro delcampo magnético y produce una corriente que es proporcional aldesplazamiento de la membrana.Son micrófonos muy utilizados por su precio, resistencia, fiabilidad ybuena respuesta en frecuencia.Se fabrican en impedancias de 200 a 600 h, y consalidas de señales balanceadas (longitudes decable de 10 a 100 m) y no balanceadas(longitudes de cable de 10 a 15 m).

- De Cinta (o de velocidad): Consiste en unacinta metálica en zig-zag entre imanes que amedida que la presión sonora la mueva produce una tensión. Lamembrana es la cinta. Estos* micrófonos también se les conocen comomicrófonos de velocidad.

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Su respuesta en frecuencia es muy buena. Únicamente señalar que sonmuy caros y sensibles a los golpes por lo que se utilizan en estudio ylaboratorios.

b) Electroestático- De Condensador (de capacidad): En un

micrófono de condensador, la placa posteriorestá fija y alimentada con una tensión (pormedio de una pila), mientras que la placaanterior, el diafragma, se desplaza al recibirvariaciones de presión. La variación de lacapacitancia, al cambiar la distancia entre las placas, producirá unavariación de voltaje.Son de excelente calidad y únicamente hay que tener en cuenca que lahumedad puede dejar gotas de rocío sobre la membrana y generar unruido tipo a fritura que se ira cuando desaparezca toda la humedad.Este tipo de micrófono produce la mejor respuesta de frecuencia por locual son los más utilizados en grabaciones profesionales. Son muysensibles y de alta impedancia

- Electret (de condensador): Existe un material móvil llamado electreto electreto (que es policarbonato fluoradoo fluorocarbono) polarizado. Este materialsepara un material fijo de una fina láminametálica y a causa de la vibración sonoravaría el campo eléctrico creado y se

produce una tensión o corriente eléctrica.Es un micrófono en el que no hace falta tensión de polarización porquelas placas del condensador llevan implantada una carga permanente.Son muy sensibles y caros, con respuesta en frecuencia de 50Hz a 15KHz. Su principal utilización son: para locuciones, entrevistas ycaptación de música.

c) De carbón: Utilizados durante muchotiempo en los teléfonos. Su principio defuncionamiento se basa en el cambio deresistencia en los granos de carbón al sercomprimidos por el diafragma, al recibir éste las variaciones de presiónsonora.

Son económicos, robustos e ideales para la voz humana (respuesta enfrecuencia de 200 a 3000 Hz).

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d) Piezoeléctricos: - Cristal: Estos micrófonos se basan en lacapacidad que tienen los cristales piezoeléctricos de generar cargaseléctricas al ser sometidos a presión (En griego piezein = presión ).Son de elevada impedancia, omnidireccionales, sensibles a la humedady con respuesta en frecuencia de 600 Hz a 5 KHz.

- Cerámico: Similares en funcionamiento a los de cristal, pero, en estecaso, se utilizan piezas cerámicas.

e) Otros micrófonos

- Inalámbricos: Se componen básicamente de una capsula de micrófonodinámico o electret, unido a una emisora FM en la banda de 40 y 200MHz.

- MIDI: Son micrófonos digitales.

3.2. El amplificador

Tiene la misión de llevar la débil señal de entrada al nivel necesario parael altavoz.

3.2.1.Características de los amplificadores

a) Potencia cedida: si esta es de forma continua se le denominapotencia nominal.

b) Distorsión

- Lineal o de frecuencia: relación de amplitud entre la señal de entrada yla de salida para las diversas frecuencias- No lineal o de armónicos: variación de armónicos entre la señal deentrada y la de salida.

c) Nivel de ruido: Ruido producido por el amplificador a la salida porel efecto de la agitación térmica de los electrones.

d) Diafonía entre canales: Tiene lugar cuando hay varias fuentesmusicales de entrada de señales y se influyen recíprocamente.

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e) Respuesta en frecuencia. Indica el rango de frecuencias para elcual el amplificador mantiene inalterada la señal de entrada, es decirpresenta una respuesta plana.

3.2.2.Las entradas

Por lo general hay dos grupos:a) Para señales de intensidad entre 0,1 y 5 mV (micrófono,

grabadores; por ejemplo, micrófono dinámico 0,25 mV).

b) Para señales de intensidades entre 100 y 800 mV (sintonizador deradio, hilo musical; ejemplo, sintonizador de radio 250 mV).Según las características eléctricas de las diversas fuentes musicales, elamplificador tiene entradas adecuadas a cada tipo especial de fúnete.Normalmente se distinguen: "mic" para micrófono, "fono" parasintonizadores, magnetófonos, etc., "aux" para entradas auxiliares comoreproductores de CD, de DVD, etc.

3.2.3.Las salidas

El amplificador proporciona a la salida una potencia "P" a una tensiónprefijada "V", por lo que la carga aplicada (altavoces) debe tener unaimpedancia "Z = V2/ P" para obtener la máxima potencia en la salida.Estos pueden tener dos tipos de salida para la conexión de losaltavoces:

- Salida a impedancia constante: las más usuales de 2, 4, 6, 8 y 16 Ü.

- Salidas a tensión constante: las más utilizadas son 70,7 V en USA y100 Ven Europa.

3.2.3.1. Dispositivos de controlAquí se enuncian los más habituales, ya que, debido a la gran variedadde amplificadores que nos podemos encontrar en el mercado, hace casiimposible clasificar todos sus elementos de control:Control de volumen. Control de tono. Control de nivel de entradas.Control de niveles individuales de salida.

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3.3. Transductores de la señal de audio. El altavoz

Un altavoz es un transductor o conversor de energía eléctrica en energíaacústica.A este dispositivo se le llamatransductor electroacústico.La transducción otransformación de energía, sehace en dos fases. El modeloteórico de un transductorelectroacústico, se basa enun transductorelectromecánico y untransductor mecánico-acústico. Esto significa, quese estudia por un lado latransformación de la energíaeléctrica en mecánica, ya que se genera un movimiento, por otro lado seestudia la transformación de la energía mecánica en acústica, ya que elmovimiento genera energía acústica. El transductor electromecánico sellama "motor", por el movimiento que genera. Este movimiento setraspasa al segundo transductor, el mecánico-acústico, que se llama"diafragma", aunque también puede ser una bocina. La energía acústica,se radia al aire, se transmite a través de este y la percibimos comosonido.

3.3.1.Características de un altavoza) Impedancia: La impedancia de un altavoz no es solamente la

resistencia, sino que incorpora también componentes reactivas como esla inductancia de la bobina o incluso la influencia de la caja oalojamiento donde esté instalado.Importante saber que si, con un polímetro nos ponemos a medir entrelos extremos del altavoz su resistencia, los valores que nos dará y losque corresponde son los de la siguiente tabla:

. v.-:< - / : . Í-'.-Í'ÍX.Í

b) Respuesta en frecuencia (eficacia - calidad): La curva derespuesta en frecuencia de un altavoz nos permite conocer la intensidadsonora proporcionada por el dispositivo para las frecuencias que debereproducir.

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En el inicio de la curva, en las frecuencias bajas se encuentra unmáximo. Este es el máximo de la frecuencia de resonancia deldiafragma. Luego la curva oscila en grados mayores y/o menores hastallegar a la frecuencia de corte.Estas oscilaciones carecen de importancia siempre que entre un pico yun descenso no haya una diferencia mayor de 10 dB. En los altavocesde alta fidelidad se puede exigir que no sea mayor de 5 dB.

c) Rendimiento y sensibilidad: El termino rendimiento o eficaciamuestra la relación entre la potencia acústica y la potencia eléctrica.Ésta varía de 1 al 5% en altavoces de cono y de 10 a 30 % en altavocesde bocina.

Comosensibilidad sedefine a lapresión sonoraque ofrece unaltavoz a 1 m de distancia en su eje, cuando lo recibe 1 W

d) índice de directividad (Q): Es la relación de entre el nivel depresión sonora que el altavoz produce en una determinada dirección(normalmente su eje) comparado con la media de los niveles de presiónque produce en todas direcciones (360°).

e) Potencia eléctrica: Máxima potencia aplicable sin daño al altavoz;en los catálogos se indica, generalmente, como potencia nominal,siendo ésta la que se debe adoptar en los cálculos de las instalaciones.

3.3.2.Tipos de altavoz

3.3.2.1. Clasificación en función del transductor electromecánico:a) Electrostático: Se basan en una placa cargada eléctricamente que

ejerce de diafragma y se mueve por la fuerza electrostática que seproduce al variar la carga de las dos placas entre las que se encuentra.Se trata de un doble condensador, donde la placa central es eldiafragma. Destacan por ofrecer una respuesta en frecuencia amplia yplana; por otro lado son extremadamente voluminosos, necesitan dealimentación de la red y. electrónica adicional, además son muydelicados, por todo su precio es muy elevado. Los altavoceselectrostáticos son de radiación directa. Sólo se usan en altavoces deagudos (tweeter).

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b) Piezoeléctricos: Se basan en la propiedad de los materialespiezoeléctricos de contraerse ante impulsos eléctricos. Tienen un granrendimiento, sin embargo la superficie de radiación es muy pequeña porlo que son usados en dispositivos de alta frecuencia de audio. Tambiénse usan en muchas aplicaciones que requieren frecuencias superiores alas de audio, como dispositivos de sonar o de ecografía.

c) Electrodinámicos o de bobina móvil: Una bobina móvil inserta enun campo magnético creada por un imán permanente, se desplazaempujada por la fuerza electromotriz debida a los cambios de corrienteen su interior. Esta corriente procede del amplificador o etapa depotencia. La bobina está pegada a la cúpula, que puede ser todo eldiafragma o sólo la parte central. Son los más comunes en audioprofesional y prácticamente los únicos en audio doméstico.

3.3.2.2. Clasificación en función del transductor mecánico-acústico:

a) De radiación directa: el diafragma es el elemento que radiadirectamente al aire. Son los más comunes al ser más sencillos que losde radiación indirecta.

b) De radiación indirecta (bocinas): una bocina adapta la altaimpedancia del diafragma a la baja impedancia del aire. De este modose mejora el rendimiento del altavoz. Es decir, se transforma másenergía eléctrica en acústica, si no se usase la bocina, se emplearía lamisma energía eléctrica obteniendo menos energía acústica. Son másaparatosos y se usan en ámbitos profesionales de sonorización degrandes recintos o montadas en grandes cajas acústicas. Los altavocesde radiación indirecta están compuestos de dos partes, la bocina y elmotor de compresión. El motor de compresión es en realidad un altavozelectrodinámico de bobina móvil, aunque tiene algunas peculiaridades,como una cámara de compresión, un diafragma pequeño y ligero y laestructura para ser anclado a la bocina.

3.3.2.3. Clasificación en función del margen de frecuencia al que sededican:

a) Banda ancha: son altavoces quecubre la banda extensa del espectrode audio.

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Distribución aproximada de las bandas de frecuencia habituales

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b) Bajas frecuencias: woofers y sub-woofers. Son altavoces quecubren el margen de frecuencia por debajo de los 400-700 Hz. parawoofers y por debajo de los 80 Hz. para los sub-woofers. También sehabla de graves y sub-graves. Los woofers no llegan a cubrir con buenarespuesta la zona de baja frecuencia próxima a los 20 Hz. por eso sedesarrollan los sub-woofers que trabajan exclusivamente esa zonareforzando la respuesta en baja frecuencia.

c) Frecuencias medias: mid-range. Cubren el margen de frecuenciaque va desde los 400-700 Hz. hasta los 3-8 KHz. Ésta es la que se suelellamar banda de medios.

d) Altas frecuencias: tweeters y ultra-high-tweeters. Cubren lasfrecuencias por encima de los 3-8 KHz. para los tweeters y por encimade los 12-14 KHz. para los ultra-high-tweeters. Ambos no llegan muchomás allá de los 20 KHz. Esta zona de frecuencias es llamada tambiénbanda de agudos. Los tweeters tienen dificultad en llegar a cubrir conbuena respuesta la zona de frecuencia próxima a los 20 KHz. por eso sedesarrollan los ultra-high-tweeters que trabajan exclusivamente esazona reforzando la respuesta en altas frecuencias.

3.3.2.4. Clasificación por su forma constructiva. Cajas acústicasCaja acústica. Bafle: dado que el cono de un altavoz tiene dos caras, alvibrar producen variaciones de presión opuestas en el aire, las ondassonoras procedentes de ambas caras tienden a anularserecíprocamente. Este efecto, muy frecuente a bajas frecuencias sedenomina cortocircuito acústico.

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Cuando unaltavoz seinstala de talforma que suradiaciónposterior seemite en unrecinto de granvolumentotalmenrteindependientede la estancia donde se utiliza su emisión frontal, decimos que estácolocado en un bafle infinito.

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Tipos de bafles:a) Caja abierta: hechas en madera disponen de aberturas o rendijas en

su parte posterior.b) Caja hermética o de compresión: se construyen en cajas herméticas,

el aire interno actúa como elemento de compresión ayudando a lasuspensión del altavoz.

c) Caja Bass-reflex: tiene una o varias aberturas en la caja paraaprovechar también la energía que radia el altavoz hacia dentro de lacaja y sumarla a la presión sonora frontal.

3.4. Mezcladores - Ecualizador

Un mezclador de audio es un equipo que proporciona la suma de laseñal eléctrica de audio que proviene de diferentes fuentes de sonido,controlando los niveles relativos de cada señal de entrada y también lasuma de todas ellas.

3.5. Fuentes musicales

Son reproductores de discosópticos digitales que ofrecen muybuena calidad, con ampliarespuesta en frecuencia y gamadinámica muy alta (>90 dB)

Editores de audio digitales

Un ordenador con una buenatarjeta de sonido se puedeconvertir en una potenteherramienta de edición de audio.

Fuentes musicales ampliamenteconocidas y usadas, hoy en día lamayoría de equipos musicalesadaptan e incluyen sintonizadores.

Mini-Disc

Los minidisc's (md) son un mediodigital para grabar y reproducirmúsica en un disco de pequeñasdimensiones. Permiten hacergrabaciones de alta fidelidad,proporcionando opcionesavanzadas de edición.

- Reproductores SACD (SuperAudio CD). Audio digital de altaresolución.- Equipos HI-FI (Alta Fidelidad)- Hilo musical- Equipos compactos.- Etc.

Son reproductores de archivosinformáticos con formato decodificación que permite comprimirlas señales de audio hasta unadécima parte de su tamañooriginal. Es utilizado comúnmentepara almacenar música en elordenador, grabar CDs, etc.

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INSTALACIONES ELECTROTÉCNICAS

4. CONFIGURACIÓN YELECTROACÚSTICAS.

CALCULO

Instalaciones electroacústícas • 22

DE INSTALACIONES

4.1. Tipos de instalaciones electroacústicas

Las instalaciones más complejas pueden estar constituidas por igualesdispositivos de entrada con varias líneas de distribución del sonido yórganos de conmutación que permiten diversas combinaciones entre losdistintos elementos. La red puede comprender también dispositivos demanipulación de las señales, ya sea para regular el nivel, ya sea paramodificar el timbre de acuerdo con las exigencias del auditorio, etc.; aesta red se le denomina red electroacústica.

Estudiado los principales elementos que intervienen en la técnica detransformación de la energía sonora (palabra y música) en señaleseléctricas, la configuración de instalaciones es basan en la conjunciónde estos dispositivos ya mencionados.

Atendiendo a que una instalación dedifusión sonora tiene por objeto larealización de distribución yreforzamiento acústico endeterminados lugares, ésta puedellegar a ser tan amplia y complejacomo uno imagine (ya sea por lascaracterísticas del recinto, ya sea porlas exigencias del usuario, o incluso,por la posibilidad de implementarloen sistemas domóticos), bajo estaconsideración lo más racional estomar las configuraciones propuestasy normalizadas según NTE-IAM(Normas Técnicas de Edificación -Instalaciones de Audio y Megafonía).

NTE, establecen una8 0hm

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Lasdiferenciación entre cinco tiposbasados en el número de circuitos yprogramas. Denominando programa alas señales de audio que hay quedistribuir y circuitos al número deunidades de amplificación. Estos tiposde instalaciones son: a) un programaun circuito, b) un programa y varios

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circuitos, c) varios programas independientes y varios circuitos, d) variosprogramas simultáneos y varios circuitos, e) instalaciones mixtas.

4.2. Clasificación:Para dividir lasinstalaciones desonorización en relacióncon la distribución deequipos, encontramostres fundamentalesgrupos: 1) amplificación ycontrol centralizado, 2)amplificación centralizada

y control distribuido, 3) amplificación y control distribuido.

1) Las de amplificación y control centralizado son instalaciones sencillaspero limitadas en cuanto a zonas Tanto control amplificación, y fuentemusical están ubicados en un mismo punto.

2) Este tipo deinstalaciones permitencontrol independientede los altavoces. Tantola amplificación comola fuente musical seencuentran en un solopunto.

3. INSTALACIÓN MODULAR. AMPLIFICACIÓN Y CONTROL DISTRIBUIDOPREPARADORES DE OPOSICIONES PARA LA ENSEÑANZA cy Genova, 7 - 2° . 28004 Madrid

3) Con el finde evitarpérdidas depotencia eninstalacionesde largocableado serecurrió aeste tipo de

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El tiempo óptimo de reverberación varía de acuerdo con el volumen yobjetivo al que esté determinado la sala, e incluso con la apreciaciónsubjetiva de cada individuo. Así un tiempo de reverberación largo, mayorde 2 s, da lugar a una sala resonante, óptima por ejemplo para

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configuraciones. La amplificación localizada permite ajustes modularesen puntos concretos sin necesidad de aumento o disminución de toda lainstalación. Además, nos permite una perfecta adaptación amplificador-altavoz y, el posible fallo en un elemento no influye en el resto.

4.3. Cálculos

4.3.1. Instalaciones en recintos cerrados

Para sonorizar una estancia existen multitud de factores a tener encuenta, como son el nivel de ruido, tiempo de reverberación de laestancia, etc. Lo normal es superar en 10 dB el nivel de ruido existenteen la sala.Antes de proceder a la instalación por tanto, habrá que considerar:1. Distancia entre amplificador y altavoces para realizar la instalación en

Baja Z o en Alta Z.2. Volumen del recinto y calidad deseada para seleccionar altavoz de

techo, esfera colgante, columna sonora, proyector, caja acústica, ...3. Resonancia del local para instalar más o menos altavoces y situación

de los mismos.4. Necesidades en cuanto a palabra, música, micros, etc., para

seleccionar los modelos más adecuados.

4.3.1.1. Tiempo de reverberación (tr 60). Se denomina al intervaloque transcurre entre el instante en que se deja de emitir un sonido yaquel en que su sonoridad ha disminuido en 60 dB, esto es, laintensidad se ha hecho 106 veces menor. El tiempo de reverberaciónserá directamente proporcional al volumen de la sala V e inversamenteproporcional a la absorción total de la sala A según la ecuaciónempírica, denominada ecuación de Sabine:

segundos. La absorción total de la sala A se hallará como el

sumatorio de las superficies reflectantes presentes en la sala S¡ en m2,multiplicada cada una por el coeficiente de absorción acústica a¡,definido éste como el cociente entre la energía absorbida y la energía

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conciertos de órgano. En cambio, un tiempo de reverberación corto,menor de 1 s, da lugar a una sala sorda, adecuada para conferencias eimpartición de clases.

4.3.1.2. Cálculo del número de altavoces: Mediante dos sistemas: 1)el indicado según NTE y, 2) el utilizado por los fabricantes ycomerciales de equipos de sonido.1) La NTE marca tres tipos de locales que son: / Silencioso: ruido entre40 y 50 dB (viviendas con poco tráfico). // Normal: niveles de ruido entre50 y 65 dB. /// Ruidoso: comprenden niveles entre 65 y 80 dB.Con estos datos, la norma contiene una expresión que nos dará elnúmero de altavoces para un local dado, así como la separaciónmáxima entre ellos derivada de la siguiente tabla:

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Así, con la siguiente expresión, tendremos calculado el número dealtavoces por medio de la superficie en m2, la altura del local y el nivel

2) Este otro sistema tiene en cuenta el ángulo de cobertura del altavoz yla posición del oyente. El número de altavoces se obtiene de:

Si la altura del techo fuera superior a los 5 metros, es recomendablebajar la altura del altavoz por medio de separadores.Para hallar la distancia entre altavoces podemos recurrir a la siguienteexpresión que toma como referencia el ángulo de cobertura del altavoz:

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4.3.1.3. Cálculo de la potencia eléctrica de altavoces. La potenciaeléctrica total WL de altavoces, también podemos guiarnos de lanormativa NTE. Para ello, utiliza las medidas del volumen del local en m3

y el nivel de ruido del mismo y acude a la siguiente tabla:

Si los valores de superficie o de volumen no fueran directos, sinointermedios, se interpolarán linealmente con los valores de la tabla.

(potencia de cada altavoz).

4.3.1.4. Calculo de la sección de los cables, a) Referido alamplificador (salida a impedancia constante): Las pérdidas producidasen los conductores debido a la resisitencia del cable. La resistencia delcableado (ida y vuelta) será:

donde:

p en el Cu = 0,017 Q/m. L: longitud del cableS: sección del conductor n°: número de conductores.

Con esto, el amplificador verá además de la resistencia de los altavocesla resistencia del hilo conductor, luego la resistencia de toda lainstalación queda como: ^ =RAL +RH .

Ésta es, la verdadera impedancia que se conecta al amplificador.Significa además, que estaremos perdiendo un nivel de potencia en elcableado de los altavoces definida mediante las expresiones de potenciaútil y potencia disipada en el cable:

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b) Referido a la sección del conductor: para calcular la sección delconductor se emplea la fórmula referida a la potencia (P), la longitud delcableado (L), la conductividad (c: 56 para el Cu), la caída de tensión (e)

2xPxLy la tensión de trabajo (U). Esto es: s = . Como se observa no

c-e-U

difiere del cálculo convencional de secciones en corriente continua omonofásica.

4.3.3. Cálculo de la potencia: Por último, decir que para el cálculo de lapotencia total en instalaciones exteriores se suele utilizar expresionesempíricas con relación al nivel de ruido ambiente, estas son:

a) Instalaciones con poco ruido b) Instalaciones con mucho ruido

Además, la norma NTE establece que la potencia de la unidadamplificadora se calculará sumando las potencias correspondientes acada uno de los recintos que estén conectados a su circuito dedistribución. En el caso de unidades que den servicio a circuitos dedistribución de varios programas simultáneos, la potenciacorrespondiente a los mismos podrá reducirse según el coeficiente desimultaneidad ddado en la siguiente tabla:

N° de programas simultáneos 2 3 4

Coeficiente de simultaneidad 0,6 0,4 0,3

Finalmente, para prever las pérdidas en la línea se aumentará en un 10% el valor obtenido en los cálculos anteriores.

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4.3.2. Instalaciones en espacios exteriores

En este tipo de instalaciones no se producen reverberaciones, aunque síecos y reflexiones.Se debe tener en cuenta la regla de reducción de intensidad sonora enrelación con el cuadrado de la distanciaEste apartado de sensibilidad del altavoz se denomina SPL, o nivel depresión sonora. Para calcular el SPL de un alatavoz en un espacioabierto, debemos considerar la distancia del oyente (D) en metros y lapotenica que aplicamos al altavoz en vatios (P), quedando la expresión:

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5. NORMATIVA Y REGLAMENTACIÓN

Para la normalización de este tipo de instalaciones tomamos lasreferentes a la Norma Técnica de Edificación "IAM" referido a cálculos,niveles de sonorización, tipos de instalación, secciones. Por otra partese deberá tener presente el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión,donde se recoge todo lo relativo a conductores, envolventes,canalizaciones, protecciones, recintos especiales y locales de públicaconcurrencia. Así mismo, la Norma Básica de Edificación Condiciones

i acústicas en los edificios NBE-CA-88. sobre valores de aislamientos mínimo.

1| 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DOCUMENTALES

• J. CARMONA, L. MOLINA, R. ARJONA, J.M. RUIZTítulo: Instalaciones Singulares en Viviendas y Edificios

I Editorial: Mc. Graw Hill. ISBN: 84-481-3036-7

I • FERNANDO MATILLAS SOLÍS» Título: Instalaciones Singulares en Viviendas y Edificios* Editorial: Paraninfo. ISBN: 84-263-2715-7

| • ALBERTO BANDINI1 Título: Instalaciones electroacústicasf Editorial: Marcombo. ISBN: 84-267-0507-3IS • EGi (Electroacústica General Ibérica S.A.)¿ Iniciación a la Sonorización para el Instalador Eléctrico.| http://www.diac.upm.es/asignaturas/sistaudio/TFC%20lgnacio/anexo3

.html

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