Projeto de sonorização do Santuário Dom Bosco – Brasília

Introdução

A Igreja Católica tem passado por um importante período de renovação litúrgica. Se antes do Concílio Vaticano II, ocorrido nos anos 1960, predominavam a celebração das Missas em Latim e o canto coral acompanhado por órgão, a partir desse importante evento até os dias atuais as celebrações têm sido realizadas em língua vernácula e instrumentos musicais mais populares, como violão, teclado, contrabaixo e bateria, por exemplo, vêm sendo intensamente empregados no acompanhamento dos cantos. Tal transformação não poderia ocorrer dissociada de importantes implicações técnicas em relação à acústica e ao sistema de reforço sonoro dos templos.

 

História do Santuário

panoramica

O Santuário Dom Bosco é um dos mais importantes locais de culto do Distrito Federal. Diariamente visitado por turistas nacionais e estrangeiros, o templo erguido em homenagem ao idealizador da cidade ganhou o título de Patrimônio Cultural Material de Brasília. É uma das sete maravilhas da capital federal. O prédio, projetado pelo arquiteto Carlos Alberto Naves, possui 80 colunas de concreto com mais de 15 metros de altura. Os espaços entre as colunas são preenchidos por 2,2 mil metros quadrados de vitrais. O volume interno é de mais de 22 mil metros cúbicos. Obviamente, um ambiente com essas características impõe grandes desafios acústicos para reforço de voz e de instrumentos na maioria dos estilos musicais contemporâneos.

Santuario Dom Bosco - caixa antiga

Caixa antiga

De fato, a comunidade reclamava muito do som e o apelo para a busca de uma solução eficaz para o problema era crescente. O contato inicial com o consultor em áudio e acústica Alexandre Guimarães se deu por um convite feito pelo padre Augusto, pároco do santuário, para participar de uma Missa e avaliar a gravidade da situação. O sistema à época consistia em 06 caixas de duas vias, com falante de 15 polegadas e driver. As caixas ficavam afixadas às paredes. Eram duas caixas em cada parede lateral e duas na parede do fundo, projetando som por trás dos ouvintes. Não havia correção de atrasos e a cobertura era precária. Somente as pessoas sentadas nos bancos próximos às paredes e em frente às caixas conseguiam ouvir o som direto. A maior parte da audiência ouvia o som reverberante, já deteriorado. O som no meio do templo era muito baixo e confuso. Não havia retorno para o altar nem para os músicos.   A amplificação era subdimensionada, o que facilitava a ocorrência de distorções nas      etapas de potência. Mais volume era exigido e o sistema não tinha condições de    atender à demanda. Adicionalmente, alguns fatores agravavam a situação: padres com  diferentes sotaques e impostações vocais se revezam na celebração das várias Missas  realizadas semanalmente. A proximidade a vias de tráfego intenso de veículos  prejudicavam a compreensão das palavras, principalmente para as pessoas sentadas  nos últimos bancos. O repertório musical das celebrações do santuário é relativamente  eclético. Reúne elementos populares, como violão e teclado, e elementos mais  tradicionais, como órgão e canto coral. Definitivamente, o sistemanão atendia às  necessidades de inteligibilidade, pressão sonora homogênea e extensão tonal para os  fiéis dispostos nos 1200 lugares, distribuídos em 1600 metros quadrados de audiência.

 

 

Medições, modelagem e simulações

Primeiramente, foi medido o tempo de reverberação.  Essa variável acústica é bastante importante para avaliarmos se o decaimento sonoro da sala é adequado ao tipo de programa que será reproduzido. Conteúdos mais percussivos, com passagens mais rápidas, exigem tempos menores e acústica mais seca. Canto gregoriano, música sacra e erudita, geralmente se valem de sua interação com a acústica mais viva dos espaços. Quando o tempo de reverberação não é adequado, é necessária uma intervenção nas superfícies da sala.

rt60

Tempo de Reverberação

Pra as medições, foi utilizado um sistema de caixas de som com características omnidirecionais e resposta de 60Hz a 12kHz. Por meio do software Smaart Live, foi aplicado ruído rosa nas caixas, com volume suficiente para elevar seu nível acima de 30 decibéis em relação ao ruído de fundo. as caixas foram posicionadas em dois pontos do ambiente, um perto do altar e outro mais ao fundo. Foi utilizado o microfone de referência da Behringer, ECM8500 para a captação do ruído em seis diferentes pontos, três para cada posição de caixa. Os diferentes decaimentos foram analisados no módulo Smaart Acoustic Tools Analysis e, ao final, um tempo médio foi plotado em um gráfico de Excel. O gráfico revela que, mesmo para execução de canto polifônico acompanhado de órgão os tempos são altos. Para fala, são inaceitáveis.                    Foi medida também a resposta ao impulso e, como era de se esperar, a grande e reflexiva parede do fundo era como uma muralha invencível. Embora, como comentado anteriormente, se fizesse necessário um condicionamento acústico, tal procedimento seria altamente inviável, do ponto de vista estético e funcional. Quase a totalidade da superfície das paredes é composta por vitrais. Estes são separados por delgadas colunas de concreto. A responsabilidade por fornecer adequada inteligibilidade à audiência recaiu exclusivamente sobre a correta escolha, posicionamento e alinhamento do sistema de reforço sonoro.

As plantas arquitetônicas do templo foram solicitadas e o ambiente foi inteiramente modelado no software Sketchup e um arquivo foi exportado para o EASE. As dimensões omitidas foram medidas in loco. Os tempos medido e calculado ofereceram resultados bastante próximos. Após a simulação com a igreja vazia, foram inseridos 2/3 de áreas de audiência, situação mais próxima à realidade. A simulação com as caixas antigas foi feita. O resultado foi assustador em termos de inteligibilidade:

STI antes

Índice de Inteligibilidade – antes

 

O resultado da figura representa o STI (Speech Transmission Index), parâmetro muito utilizado para verificação de inteligibilidade da fala. A cobertura sonora também se mostrou decepcionante:

SPL 1k

Cobertura Sonora – antes

 

A partir de então, começou uma série de estudos sobre posicionamentos e tipos de caixas acústicas. Inicialmente, mais por curiosidade do que por convencimento, foi testado um cluster central suspenso, com caixas full range, projetando som para a toda a audiência. Mesmo que as variáveis acústicas fossem favoráveis, esse tipo de arranjo, que geralmente oferece excelente imagem sonora e cobertura homogênea, não seria viável do ponto de vista prático da instalação. O pé direito do templo mede 15 metros e a laje consiste em uma espessa camada de concreto. Na verdade, desde as primeiras análises, um sistema do tipo line array compacto já havia sido imaginado como possível solução para o problema. esses sistemas costumam adequar-se muito bem a igrejas com características acústicas, estéticas e musicais similares às do Santuário Dom Bosco: priorização da inteligibilidade da palavra falada, alto tempo de reverberação, impossibilidade de tratamento acústico, música não muito percussiva e com demanda de pressão sonora não muito grande. pelo fato de quase não projetarem som para cima nem para baixo, as ondas sonoras quase não excitam a reverberação, como é o caso de caixas comuns, com propagação cônica.  O som é praticamente todo direcionado à audiência. A diferença de pressão sonora entre o primeiro e o último ouvinte também é bem menor que em sistemas convencionais. Essas caixas também geralmente adequam-se muito bem esteticamente aos espaços, pois são discretas e muitas vezes disponíveis em mais de uma cor.

Após simular modelos de alguns fabricantes, o melhor resultado foi alcançado com a linha CBT (Constant Beamwidth Technology), da JBL. As caixas dessa linha mostraram cobertura horizontal bem ampla e constante, de 150° entre 1kHz e 4kHz, pressão sonora acima da média em relação a modelos de outros fabricantes e resposta de frequência bem desenhada, o que exigiu bem pouco esforço na hora do alinhamento. O seu timbre também é bastante agradável. Foram pensadas para o PA principal, duas CBT 200LA, uma de cada lado. Essa caixa é o mais novo integrante da linha CBT e possui propagação assimétrica, o permite maior pressão sonora para a área mais distante e menor pressão para a área mais próxima. Se um line array já tem por característica proporcionar uma diferença pequena de volume entre ouvintes próximos e distantes, essa tecnologia, conhecida como Asymmetrical Progressive-Gradient Coverage, proporciona uma cobertura ainda mais homogênea. Ao entrar em contato com o fornecedor, porém, verificou-se que o modelo ainda não estava disponível para o Brasil. Foram feitos alguns testes com o empilhamento de duas CBT’s 100. Após alguns ajustes, a melhor solução foi dispor duas CBT100LA empilhadas verticalmente, com angulação de 10° uma e relação à outra, e diminuir a caixa de baixo em 6dB.

Primeiramente, foi sugerida a colocação de duas hastes metálicas fixadas ao piso, uma de cada lado do altar, para afixar as caixas principais para o público principal. Mais duas hastes menores seriam instaladas mais próximas ao altar e à parede atrás do altar para a cobertura da audiência lateral ao altar e para o retorno do padre e da equipe de liturgia. Tal disposição não foi muito bem vista pelo pároco por motivos estéticos e também pela dificuldade em perfurar o piso de concreto e granito e passar a tubulação pelo teto do subsolo. Há várias salas de catequese no piso inferior. Ele sugeriu a instalação nas paredes laterais. Essa disposição traria menos impacto visual ao ambiente. Porém, era temida por causa da possibilidade de reflexões indesejáveis. Quem está sentado de um lado extremo da assembleia ouve com atraso considerável o som da caixa do outro lado, afinal, são 40 metros de distância entre uma caixa e outra. Isso reduziu consideravelmente a inteligibilidade nessas regiões. A auralização dessa aproximação foi feita no EASE e confirmou as suspeitas em relação às reflexões. A auralização da disposição proposta inicialmente foi também apresentada aos padres e eles perceberam a diferença. Decidiram, então, investir na qualidade do som, mesmo abrindo mão um pouco da estética. Após alguns ajustes em relação à posição indicada, foram estabelecidas as posições definitivas, e, em vez de colocar as 02 caixas laterais e as 02 de retorno em haste adicional, foram  colocadas apenas duas, uma   atrás de cada haste principal, cumprindo estas a função de retorno e reforço lateral ao mesmo tempo.  Devido à sua ampla cobertura horizontal, mesmo não estando na posição ideal e mais afastadas, as caixas traseiras cumpriram bem o papel de retorno para o altar.

Santuario Dom Bosco - caixas JBL CBT100LA

Caixas JBL CBT

 

 

A solução apresentou índice de inteligibilidade e cobertura bem superiores ao apresentado pelo sistema anterior:

STI depois

Índice de Inteligibilidade – depois

 

E a cobertura sonora também ficou bem mais homogênea:

SPL 1k depois

Cobertura Sonora – depois

 

 

 

Santuario Dom Bosco - subwoofer

Subwoofer Attack

Para a via de graves foram especificados dois subwoofers Attack VRS1810A.

Foram dispostos um de cada lado do altar, próximos às colunas do PA. O corte de frequência em relação às CBT’s foi feito em 100Hz (Butterworth 2ª ordem). O instrumento que mais se valeu do reforço de baixas frequências foi o órgão. Os pedais do instrumento revelaram tons nunca ouvidos no sistema antigo.

 

 

Amplificação

Foram especificados amplificadores Crown, da linha XTi. Os amplificadores da linha possuem limiter e crossover, entre outras funções, e podem ser configurados por computador, via conexão USB. Os amplificadores foram especificados para oferecerem o dobro da potência das caixas, aproximadamente, permitindo um bom headroom diminuindo a possibilidade de distorções nas saídas, o que poderia provocar a queima dos alto falantes.

A mesa de som

Uma premissa básica apresentada já inicialmente foi a de que o santuário não dispunha de profissionais para a operação do sistema. Este seria manuseado por pessoas que já faziam parte da organização das celebrações. Uma mesa de som digital, com possibilidade de gravação de cenas foi o que veio à mente desde o começo. Muitos clientes que não contam com uma equipe profissional para a operação de seus sistemas se assustam quando lhes é proposta a aquisição de uma mesa digital. Tento fazê-los entender que operar tal dispositivo pode ser bem mais fácil que controlar uma mesa analógica. O trabalho mais complexo recai sobre o projetista e o usuário fica responsável por tarefas mais básicas, como ligar e desligar canais e controlar volumes.  Para os que se dispõem a operar com mais versatilidade, as digitais oferecem recursos que nenhuma analógica conseguiria suprir.

Santuario Dom Bosco - mesa de som Soundcraft

Santuario Dom Bosco – mesa de som Soundcraft

Dentre várias mesas de excelente qualidade no mercado, foi escolhida a Soundcraft Expression 2, por apresentar excelente custo/benefício na categoria. Esta possui 24 entradas para microfone mais duas em linha estéreo e 16 saídas analógicas. Foram disponibilizados 06 mixbusses para monitoração das bandas.  Cada caixa de retorno/ reforço lateral também possui mix independente. Os subwoofers receberam endereçamento via matrix, como cópia do Main L e R. Essa configuração preserva o equilíbrio de volume entre as vias, especificamente no caso presente, em que o operador teria mais trabalho em decidir quais instrumentos deveriam ser endereçados às caixas de grave, caso seu endereçamento fosse diretamente via mix bus. Cada horário de missa, com a equipe de música correspondente, recebeu uma cena diferente. Há a intenção de aquisição de um Ipad para operação remota da mesa de som, por meio do aplicativo SoundcraftViSi Remote. Isso permitirá maior flexibilidade de mixagem, pois a mesa não pôde ser instalada em local com cobertura ideal.

Microfones

Está prevista a compra de microfones AKG Perception 5S para os vocais, AudioTechnica AT 2021 para o grupo coral, Sennheiser EW 135 G3 Handeheld sem fio para o padre e AudioTechnica U857QLU para o ambão da leitura.

Cabos e Conectores

Foram utilizados multicabos Santo Angelo com vias balanceadas e conectores Neutrik. Os cabos das caixas acústicas são do tipo PP (protegidos) e em seção transversal dimensionada para permitir baixa queda de tensão. A tubulação é toda metálica e protegida contra calor e umidade excessivos.

 

 

Alimentação e Proteção Elétrica

O sistema de áudio do santuário conta com proteção contra intempéries elétricas por meio do gerenciador de energia Pentacústica PM 2.2 NBR 220V. O gerenciador possui 4 tomadas com intervalo de acionamento com tempo ajustável, o que ajuda a prevenir ruídos nos falantes provocados por chaveamentos elétricos, além de diminuir a corrente de pico do acionamento. O desligamento também permite sequenciamento. O gerenciador oferece proteção contra sobretensão e subtensão, desvio de frequência da rede e proteção de temperatura. Permite também a visualizaçãoe edição de vários parâmetros elétricos.

O sistema dispõe de ligação a aterramento eficiente e de circuito elétrico específico, devidamente calculado e dimensionado para atender às demandas de energia mais severas.

Alinhamento

O sistema foi alinhado por meio do software Smaart Live. Foram verificadas as funções de transferência de cada via e realizada a otimização das respostas em frequência por meio dos equalizadores gráficos existentes em cada saída da mesa. Poucos ajustes foram necessários, pois as caixas possuem resposta bem equilibrada, sem colorações. A atenuação mais radical foi da ordem de 5 dB. A distância entre os subwoofers e as caixas full range foi compensada com o uso de delays. O ajuste dos limiters dos amplificadores foi feito de modo a permitir o máximo de potência com distorção mínima.

O teste final foi ao som de “Tocata e Fuga em Ré Menor”, de Bach. O padre Augusto parecia bem satisfeito com o resultado ao “reger” com empolgação a obra prima do gênio barroco de origem germânica.

Instalação

A instalação foi executada por uma empresa que já prestava serviço de cabeamento estruturado e reforma da fiação elétrica do santuário. A empresa seguiu o projeto executivo elaborado por mim, como parte do serviço de consultoria.

Aquisição dos equipamentos

Todo o material foi fornecido pela loja especializada em soluções para áudio e música, a Music Master, aqui mesmo em Brasília, na Asa Norte. A loja também prestou apoio fornecendo um sistema para testes, antes da compra do sistema definitivo. (consultores Felipe e Fabrício)

 

Lista de Equipamentos:

– 04 Caixas Acústicas JBL CBT 100LA;

– 02 Caixas Acústicas JBL CBT 50LA;

– 02 Amplificadores de Potência Crown XTi 4002;

– 01 Amplificador de Potência Crown XTi 2002;

– 02 Subwoofers Attack VRS 1810A;

– 01 Mesa de Som Soundcraft Expression 2;

– 01 Gerenciador de Energia Pentacústica PM 2.2 NBR 220V;

– 05 Direct Boxes Hayonik;

– Cabos Santo Angelo;

– Conectores Neutrik.

 

Equipamentos a ser adquiridos:

– Sistema sem Fio Sennheiser EW 135 G3;

– Microfone Gooseneck Audio Technica U857QLU;

– Microfones AudioTechnica AT 2021;

– Microfones AKG Perception 5S;

– Monitores de chão JBL PRX612M.

 

 

Conclusões

Padre Augusto e Alexandre Guimarães

Padre Augusto e Alexandre Guimarães

 

– Apesar da acústica desafiadora do templo, as caixas JBL CBT, com seu correto posicionamento e alinhamento, ofereceram ótima inteligibilidade e cobertura sonora. Pareceram quase não tomar conhecimento das imensuráveis e reflexivas paredes de vitrais. A pressão sonora também surpreende por tratar-se de caixas tão compactas. Soam como caixas grandes. (muitas pessoas não acreditam que aquele som todo venha daquelas caixas pequenas.)

– O sistema apresentou ótima rejeição à realimentação acústica, permitindo maior flexibilidade no uso de microfones mais sensíveis e por vozes mais suaves.

– A fixação em hastes de aço inoxidável permitiu ótima integração visual ao ambiente.

– O sistema permite grande pressão sonora sem distorção, dentro da programação musical prevista.

– Houve vários relatos de fiéis que se dirigiram aos padres expressando sua satisfação em poder agora ouvirtudo o que era falado e cantado.

– O sistema foi inaugura em 13 de outubro de 2013 e entregue definitivamente em 27 de outubro.