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12/01/2011 #1
Moderador

Avatar de juanfilas

Como diseñar un monitor de estudio desde cero
Hola a todos, hoy vamos a ver algunos tips para tener en cuenta a la hora de diseñar y construir un monitor de estudio, esto también es aplicable a bafles para el hogar donde queremos escuchar la música con el mayor realismo posible, osea, lo que el músico quiso transmitir (el sonidista también influye). Hoy en día estamos acostumbrados a escuchar unos graves retumbones y agudos chillosos por que es lo que los grandes fabricantes quieren imponer, esto es por dos razones una es simplemente MODA, lo que aumenta las ventas, y la otra es que es mucho mas barato de fabricar, con su consiguiente aumento de ganancias. Ojo, no piensen que nuestros monitores no van a reproducir graves, cuando los escuchamos no solo tienen buenos graves, sino que muy limpios y claros, logrando escuchar muchos mas detalles de lo normal o “standar” Hoy vamos a acabar con esta monotonía y vamos a crear un bafle que reproduzca con la mínima distorsión lineal y no lineal (respuesta en frecuencia y distorsión armónica) aunque la primera en el caso de un monitor de estudio es la mas importante (ojo no quiero decir que la distorsión no lineal no sea importante).
Que se necesita en un monitor de estudio? Primero es el espacio, por lo general es lugar es chico así que no podemos meter una columna enorme, segundo, que su respuesta sea lo mas lineal posible, sino nuestro monitor va a reproducir distinto a lo que el micrófono capta, tercero, no necesitan mucha potencia, es preferible sacrificar potencia por calidad de sonido y ultimo que su distorsión armónica sea baja, para que suenen realistas y facilitarle el trabajo tanto al músico como al sonidista.
Pero todo esto nos suena primero a: voy a gastar una fortuna y voy a trabajar como esclavo para que quede bien… Lo primero no es cierto, en el estado actual del arte hay excelentes transductores a muy buenos precios, las maderas usadas son las mismas que para cualquier otro bafle y el resto es todo trabajo y tiempo, así que si… van a trabajar no como esclavos, pero si mucho si desean buenos resultados.
Vamos a empezar con la selección de los transductores, en este caso el nivel que buscaba era medio, cosa que el resultado final no sea demasiado caro, pero con un equilibrio precio rendimiento excelente, el woofer que cumple ampliamente con esto es el peerless Nomex HDS 830875 de 6.5´´ ya hablamos de este woofer acá:

mediciones gb audio 6.5´´ -vifa xt25, dq25 -peerless 810103

Asi que no vamos a entrar en detalles, este es el woofer:



Su respuesta es limpia y llana, lo que facilita el cruce, su distorsión armónica es excelente y lo único que lo diferencia de woofers de 200-300 dólares es solamente su distorsión por íntermodulación que igualmente es muy buena.
El tweeter elegido es el Peerless 810103, es un tweeter domo textil de 1´´ al igual que el woofer ya hablamos en el link pasado anteriormente, para resumir, respuesta extremadamente llana (ya van a ver cuando compare la medición hecha con el tweeter sin empotrar y empotrado…) y una muy buena distorsión armónica, es un tweeter discontinuado, pero gracias a esto sale cuatro veces menos que hace dos años… realmente vale la pena..

Este es el tweeter:



Un problema que muchos desconocen cuando arman bafles es la difracción que causan los bordes, tanto del bafle como de los transductores (por dos efectos distintos), el primero es que en cada borde por pequeño que sea, se causa interferencia constructiva y destructiva dependiendo de la frecuencia, como a altas frecuencias las longitudes de onda son más cortas este efecto se magnifica en el tweeter, acá podemos ver dos respuestas en frecuencia del mismo tweeter (el mismo de este proyecto), sin empotrar y empotrado:





Como pueden ver, la diferencia es abismal, SOLO POR NO EMPOTRAR EL TWEETER!
Así que si o si hay que empotrarlo, ya se que es trabajo de mas pero es totalmente necesario, no tanto en el woofer, aunque también es recomendable.
El otro problema de difracción lo vemos en los bordes de los bafles y este ataca a los graves y medios pero no a los agudos, el problema viene dado en que, cuando un woofer reproduce frecuencias cuyas longitudes de onda son mas grandes que el cono del mismo, el woofer radia en todas las direcciones por igual (4pi radianes) pero cuando las longitudes de onda se acercan al diámetro del woofer, empieza a radiar solo en una dirección (2pi radianes) haciendo que tengamos una ganancia en db. Entre los 150 y 3000hz aproximadamente, el borde del bafle es el que limita esta frecuencia y es el que nos va a definir en cuantos decibeles nos va a aumentar la respuesta y a que frecuencia. Disminuir este problema es mas un arte que una ciencia, hay varias reviews de formas y sus efectos, mi recomendación son bordes redondeados o con ángulos, bafles lo mas finos posibles, que el woofer no este en la mitad del bafle, sino a un lado o hacia arriba o abajo. Acá hay una foto del frente de los monitores con los bordes tratados para disminuir la difracción por borde:



Y ya que vimos madera por primera vez, vamos a centrarnos en esta y la construcción.
El mejor material para trabajar es el MDF, creo que también se conoce como”fibrofacil” o “DM” sus propiedades mecánicas y acústicas son sobresalientes y el único problema que tiene es la humedad, pero como veremos mas adelante, esto se soluciona con un buen trabajo de pintura. Para volúmenes menores a 16 litros con 18mm de espesor sobra, y el frente siempre doble (36mm en este caso) Para volúmenes mayores ya es recomendable 22mm y frente de 44mm o 18mm y algunos refuerzos. En este caso el volumen calculado con LspCad fue de 15 litros, para empezar a calcular el volumen y el tubo de sintonía recomiendo para los principiantes usar WinISD que es gratuito y muy fácil de usar y los resultados que da son muy similares a los del LspCad con la única diferencia de que en LspCAD se puede simular la sala en la que van a ir ubicados los bafles. Para calcular el volumen solo necesitamos los parámetros T/S del woofer, hay varios post donde explican como medirlos.
El tubo de sintonía debe ser lo suficientemente ancho para que no se produzcan ruidos por la velocidad del aire pero también a mas ancho mas largo, así que hay que buscar un equilibrio, para woofers hasta 7-8´´ con 51mm de diámetro sobra, como ven en la foto, en la punta del tubo de sintonía hay un refuerzo, este es para que no vibre (aumenta su frecuencia fundamental) este no es 100% necesario, pero si lo pueden hacer va a sumar su grano de arena para una respuesta ideal. Para este woofer y 15litros de volumen el tubo es de 51mm de diámetro x 125mm de largo.



Las placas van pegadas con cola de carpintero nada mas, ningún tornillo excepto para atornillar los transductores y bornera, se van a sorprender de la dureza del pegado de la cola, una vez que seca bien olvídense de despegarlo, ni a martillazos van a poder. Obviamente las caras a pegar tienen que estar perfectamente limpias, secas y perfectamente paralelas entre si.



Una vez que armamos todos los laterales y la placa trasera con su correspondiente tubo de sintonía (si los monitores van pegados a una pared ubicarlo en el frente, lo ideal es atrás por si se llegase a producir un ruido aerodinámico estando atrás se escucha mucho menos) procedemos a aplicar los aislantes acústicos. Hay muchos tipos, pero después de probar varios lo ideal es la guata y el fieltro usados en conjunto, si no consiguen fieltro con la guata sola basta, jamás usen lana de vidrio, esta tiene pequeñísimas fibras que con el movimiento del woofer vuelan por el tubo de sintonía y terminan en nuestros pulmones causando todo tipo de daños. No hay que pasarse con los aislantes, una capa de 10mm de fieltro en todas las caras menos el frente y una de 20mm de guata sobra, jamás poner nada en el espacio entre el woofer y tubo de sintonía, ya que sino todo lo calculado se modifica, en la foto pueden ver el fondo terminado, luego de unas pruebas tuve que retirar un poco de guata, afinando la capa.





Para construir el frente simplemente pegamos dos laminas y sobre estas hacemos los huecos para el tweeter y woofer, los rebajes para empotrarlos, y los bordes en Angulo o curvos para bajar la difracción por borde, acá no hay ningún secreto... lima, escofina, lijas y mucha, mucha paciencia, tiene que quedar perfectamente liso y los rebajes planos para que apoyen perfectamente los transductores.
En este caso la parte trasera la enchape en color roble oscuro y el frente lo pinte, así que trabaje las piezas por separado y luego las uní, si van a pintar todo, peguen el frente, cierren todos los huecos con cinta y lijen bien para que quede parejo y pintar todo junto, una vez que la pintura esta uniforme, líjenla primero con lija del 400 y luego sin presión con lija del 1000, van a ver como mejora el acabado. Luego una parte importantísima, la protección contra la humedad y rayones, en este caso aplique seis manos de laca satinada, con esto basta para todos los días apoyen cosas arriba y no se rallen, además de que los protege contra posibles caídas de líquidos…
Ya tenemos terminado el bafle, calculado el volumen y tubo de sintonía, colocamos los transductores y viene la mejor parte y la que más dolores de cabeza nos va a causar, la medición y el cálculo del filtro.

Lamentablemente acá llegamos a un punto de inflexión en el post, los que tienen equipo de medición pueden seguir adelante con cualquier transductor, los que no, pueden leer para aprender o copiar exactamente el filtro usando exactamente los mismos transductores, en fin… sigamos
Armamos el bafle sin ningún filtro, en la bornera solo conectamos el woofer y el tweeter sacamos los cables de conexión por el tubo de sintonía, conectamos el woofer al amplificador y ponemos música o un tono de unos 60hz a buen volumen un rato largo, esto es por que el woofer nuevo al estar sin movimiento mucho tiempo se endurece un poco la araña y la suspensión cambiándonos los parámetros T/S, a esto se le llama “ablande” hay gente que cree que es inútil, mi experiencia es que conviene hacerlo, no 2 días como dicen muchos, pero si por lo menos 30 minutos para asegurarnos que la medición que hagamos posteriormente sea lo mas fiel posible al futuro.
Con el bafle en un pie, en una sala lo mas anecoica posible o en el exterior medimos el woofer y el tweeter, si quieren asegurarse de no quemar el tweeter pongan un capacitor de por lo menos 30uF en serie con el tweeter, como los programas de medición comparan señal entrante con lo captado por el micrófono, no importa como influye en la señal este capacitor siempre y cuando tomemos como referencia la señal a la entrada del tweeter y no antes del capacitor a la salida del amplificador. La medición se hace en el woofer y sin mover nada de lugar el tweeter, lo estándar es medir a un metro a la altura del tweeter, como no todos nosotros tenemos una cámara anecoica y a un metro la respuesta va a ser bastante caótica, conviene para calcular el filtro medir a menos distancia, en mi caso mido a la altura del tweeter a unos 50-60cm que es donde la respuesta se suaviza lo suficiente como para que el LspCAD pueda trabajar bien.



Esa es la función de transferencia del woofer:



Y esta la del tweeter:



Como ven, la distorsión lineal es excelente. Una vez que tenemos las mediciones hay que exportarlas a un archivo .frd que es el estándar usado en todos los programas de calculo de filtros, para la medición de respuesta de frecuencia (función de transferencia) uso sweepscope y para medir la fase e impedancia uso el modulo de LspCAD “JustLMS” pueden usar cualquier programa siempre y cuando se pueda exportar la grafica a .frd
Importamos los valores obtenidos en LspCAD y empezamos a diseñar el filtro, al principio hay que tener mas o menos idea de lo que queremos, por ejemplo, sabiendo las frecuencias de resonancia podemos ir sabiendo el punto de cruce, viendo lo medido sabemos como responde cada transductor, etc. Lo ideal en un monitor, en el cual vamos a tener dos transductores nada mas, además de un bajo volumen por lo general conviene bajar lo mas posible el cruce, por ejemplo en este caso que el tweeter tiene 1100hz de fs, el corte se diseño a 2500hz, el doble aproximadamente de fs, lo ideal es un poco mas del doble, pero como el filtro es de 3er orden para el tweeter pude bajar hasta 2500hz sin problemas, si hubiese sido de 2do orden el filtro hubiese convenido cortar a 3000hz.
El woofer se corto en 2do orden para mejorar la interacción entre transductores, además de que es plano hasta 10000hz…Una vez calculado el filtro usamos el optimizador de LspCAD para suavizar la respuesta (hace milagros) y vemos como nos quedo el filtro:
Así quedo el filtro en este caso:




Y así quedo la respuesta simulada:



La mueca a 1000hz es un error de la medición que se da en muchos micrófonos al medir a menos de 50cm, acá se habla del tema: Fotos de bafles hechos en casa
No le den importancia, ya van a ver de que cuando midamos a un metro va a desaparecer.
Armamos el filtro, acuérdense de separar lo máximo posible las bobinas y usar estas planillas para su posición: http://www.troelsgravesen.dk/coils.htm para que no interfieran entre ellas. Conectamos afuera y ahora si, medimos el sistema entero a un metro de distancia, no metan el filtro dentro del bafle por que a veces hay que hacer correcciones:
12/01/2011 #2
Moderador

Avatar de juanfilas

Esta es la respuesta final medida a un metro:


Como vemos quedo muy plano, además de que la distorsión es excelente en todo momento, hasta en el punto de cruce que suele aumentar un poco. Una vez que medimos y estamos satisfechos con los resultados es hora de escuchar música, una vez que tenemos los datos objetivos recién pasamos a lo subjetivo, lo primero que uno nota cuando escucha un bafle de estos es que los medios están muy altos… POR QUE DEBEN SER ASI, como estamos mal acostumbrados a los equipos de toda la vida, un monitor de esta categoría suena raro, pero la buena noticia es que cuando escuchamos mas de unas horas ya se nos adapta el oído y empezamos a notar detalles que antes no escuchábamos. Y cuando descubrimos esto ya es tarde, nunca mas van a querer escuchar un bafle berreta.
Este monitor de 15litros tiene su f3 (punto en que la respuesta baja de 3db. en graves y ahí se dice que se dejan de escuchar los mismos) es de 47hz… sorprende la profundidad de los mismos para tan poca caja, además de que sabemos que son graves REALES y no SOBREDIMENSIONADOS, realmente vale la pena hacer el gasto (que como dije antes, en este caso no es tanto) ya que si uno los cuida y están bien armados duran toda la vida, o por lo menos 15 años.
Bueno, espero que hayan disfrutado del post, les aclaro algunas cosas:
- Me parece que están todos los datos para copiarlos, yo me dedico a esto y es un diseño comercial, no tengo ningún problema en que los copien siempre y cuando sea para uso PERSONAL, en caso de que vea que alguien copio el diseño para venderlos haré las denuncias correspondientes
- Si falta algún dato, o tienen cualquier pregunta se las contestare sin problemas.
- A los moderadores: se que hay algunas fotos repetidas en otros post, pero son para ayudar a entender el tema, simplemente pido una excepción para que se queden acá y el post sea mas fácil de leer

Espero que sirva para que todos de a poco mejoremos nuestros equipos y empecemos a disfrutar mejor la música que tanto amamos, como siempre sigo, ningún bafle jamás va a reproducir como una voz, guitarra, violín o cualquier instrumento al “natural” así que recomiendo que cuando puedan vallan a ver música en vivo, si es posible sin amplificación, esto educa el oído y vamos a poder discernir mejor si nuestro equipo esta reproduciendo correctamente.

A disfrutar!





Saludos

Juan
12/01/2011 #3
Moderador general

Avatar de Cacho

¡Muy lindo post!
Gracias por compartirlo

Sólo una pregunta: Hablabas de que estos woofers que usaste se diferenciaban de otros de 200 o 300 dólares, pero... ¿Cuánto cuestan estos?.

Saludos
12/01/2011 #4
Moderador

Avatar de juanfilas

Hola cacho, gracias por el comentario, hablo de precios en usa, estos salen U$S 50, cuatro veces menos y el tweeter unos U$S 15, en argentina hay que calcular un poco mas del doble lamentablemente, pero bue... la relacion sigue, un transductor de U$S 200 en usa aca sale U$S 450...

saludos
12/01/2011 #5

Avatar de Dr. Zoidberg

Que te puedo decir????
Ahhh...sí!!!!



Sinceramente...muy buen laburo! Excelente la respuesta y excelente el acabado....una verdadera BELLEZA de diseño!!!!!!!

PD: Si bien vos has optimizado los filtros con el LSPCad....me pone de la nuca que las pendientes de corte de los filtros sean diferentes ....no tenés a mano el diagrama de fase, sobre todo en el punto de corte?
12/01/2011 #6

Avatar de DanielU

Muy buen trabajo!
12/01/2011 #7
Moderador

Avatar de juanfilas

gracias Eduardo, las pendientes son diferentes desde antes de la optimización por ser distinto el orden de los filtros, igualmente la fase se ve en la gráfica de función de transferencia, en linea punteada (no le des bola a menos de 1000hz que no media ahi), ademas de que despúes de la optimización siempre toco un poco yo para que los valores sean "reales" osea no demasiado grandes y estandar. Justo en el punto de cruce tenes un desfasaje de 180° pero a 2600hz es totalmente inaudible y no causa fatiga, ademas, es mejor un desfasaje que empeorar la distorión lineal en este caso. Otra cosa interesante es que estos transductores casi reproducen en fase por casualidad (menos de 35° de diferencia) el desfasaje es causado totalmente por el filtro.

saludos

Juan
12/01/2011 #8

Avatar de Dr. Zoidberg

juanfilas dijo: Ver Mensaje
gracias Eduardo, las pendientes son diferentes desde antes de la optimización por ser distinto el orden de los filtros, igualmente la fase se ve en la gráfica de función de transferencia, en linea punteada
OK...ya la ví

juanfilas dijo: Ver Mensaje
Justo en el punto de cruce tenes un desfasaje de 180° pero a 2600hz es totalmente inaudible y no causa fatiga, ademas, es mejor un desfasaje que empeorar la distorión lineal en este caso.
Seeep...pero justo las salidas están un oposición de fase en ese punto del espectro. Se me ocurre que deberías hacer una medición de campo cercano para cada driver y luego componerlas en el soft...para ver que te sale...por que hay un piquito de atenuación muy pequeño en el punto de cruce, aunque puede estar interviniendo el campo reverberante
juanfilas dijo: Ver Mensaje
Otra cosa interesante es que estos transductores casi reproducen en fase por casualidad (menos de 35° de diferencia) el desfasaje es causado totalmente por el filtro.
Eso es bueno, por que con los filtros de diferente orden, uno te desfasa 90º mas que el otro...

Ya que probemos mi microfono quiero medir la diferencia de fase entre el woofer y el medio-alto de mi casa, por que según el WinISD tengo 360º de desfasaje en el punto de corte...y a eso apuntaba con la pregunta...
12/01/2011 #9
Moderador

Avatar de juanfilas

ezavalla dijo: Ver Mensaje

Ya que probemos mi microfono quiero medir la diferencia de fase entre el woofer y el medio-alto de mi casa, por que según el WinISD tengo 360º de desfasaje en el punto de corte...y a eso apuntaba con la pregunta...
y si, vas a tener que medir la fase si o si, por que sino el programa que uses te va a dar una respuesta totalmente distinta a la que midas despues, ya que solo tomaria la fase del filtro y no de los transductores, hay un monton de programas para medir fase, vos no vas a tener problemas calculo

Buena la observación del pequeño valle en la zona del cruce, sip existe esa atenuacíon (buen ojo Edu ) no es por el campo reberverante, es realmente muy pequeña 1-2 db de la media asi que es inescuchable, el problema se me dio por que si lo dejaba completamente llano la bobina en paralelo al tweeter se achicaba mucho (ya asi es de 0.25mH) y la impedancia bajaba demasiado, a menos de 3ohm y no hiba a haber amplificador que aguantara bien, es todo un tema el filtro, a veces hay que sacrificar algunas cosas por otras, pero, como es tan pequeña la diferencia, y en una sala se vuelve caotica la respuesta, una variación de 1 db es mucho menor a las diferencias que reproducen los transductores y si ves en promedio se compensa con las otras zonas de la gráfica dando como resultado en promedio una respuesta muy plana.

Podria haber solucionado el problema usando filtros de mayor orden, pero no era la idea, ademas de perder coherencia entre transductores y encarecer el proyecto

saludos
12/01/2011 #10

Avatar de Dr. Zoidberg

OK, está bien! De todas formas es un trabajo ESPECTACULAR, y el acabado del MDF del baffle me pone reloco. Creo que voy a tener que buscar laca negra para pintar los míos, por que te han quedado muy bonitos!

Saludos!
12/01/2011 #11
Moderador

Avatar de juanfilas

el pintado es todo un tema, yo a estos les di seis manos de pintura negra mate y arriba seis manos de laca satinada, entre todas las manos mucha lija del 400 y las manos finales de 1000.
si te gusto el acabado de estos con los que estoy armando ahora te vas a caer de cul como dicen acá en mendoza, pero es sorpresa....

solo dos palabras... "negro piano" (minimo para la calidad de transductores que van en el
12/01/2011 #12

Avatar de Dr. Zoidberg

Juan: A la laca la aplicás con soplete o con pincel?
12/01/2011 #13
Moderador

Avatar de juanfilas

con pincel, como hay que lijar mucho todo, no importan las imperfecciones ya que las comes con la lija. Siempre que lijes usa un taquito de madera para que la lija apoye perfectamete perpendicular a la placa y la fuerza sea uniforme, sino queda mal. Lo que te recomiendo es que practiques en una tablita hasta que logres el resultado deseado, una vez que lo tengas recien pasas al bafle. Yo antes de pintar cualquier bafle (o mueble) uso antes una placa para ver como queda, parece fácil pero es un trabajo bastante duro, en estos monitores tarde mucho mas en enchapar y pintar que en la construcción (y eso que tenia varios angulos que hay que lijar muchísimo)

cualquier duda pregunta tranquilo
13/01/2011 #14

Avatar de Dr. Zoidberg

OK. Muchas gracias!
Y si, siempre uso un taco para soportar la lija, por que si nó, varía la presión de los dedos y queda cualquier cosa....pero siendo a pincel, es mucho más facil, ya que no yengo que gastar en soplete y compresor
Si consigo la pintura, te molesto de nuevo.

Saludos!
13/01/2011 #15

Avatar de Tavo

Un trabajo... TERRIBLE!!! FELICITACIONES JUAN!!

Esa terminación de los bafles es para envidiar!!! Jamás se me había ocurrido enchapar manualmente el MDF!
La verdad que este trabajo está EXCELENTE, impecable. Así es como se hacen las cosas, con AMOR, PROLIJIDAD, y DEDICACIÓN!!

Muchas gracias por este GRAN aporte.
Mis felicitaciones, una vez más.

Saludos!
13/01/2011 #16
Moderador

Avatar de juanfilas

gracias tavo, y como vos decis, a mis trabajos intento menterle lo mejor en todo, no solamente acusticamente hablando, sino en terminaciones y durabilidad (y eso que estos son unos monitores relativamente baratos). Al mdf le podes hacer de todo, es lo mas versatil que hay.
13/01/2011 #17

Avatar de tatajara

Buen aporte y te quedaron de 10 esas cajas, son muy lindas

Saludos tatajara
17/01/2011 #18
Moderador

Avatar de juanfilas

nuevos transductores para los próximos monitores, cono de carbono revestido en celulosa, 0.4mH de inductancia, +-6.5mm de recorrido LINEAL! y -+10mm máximo, fs de 28hz cono de 145cm2 de área de pistón en un 6.5´´ 100w continuos y un enorme motor SD1 con mucho cobre bien puesto para reducir al mínimo la distorsión no lineal, por intermodulación y es uno de los parlantes con mejor respuesta transitoria del mundo (si no es el mejor), realmente Scan Speak SABE LO QUE HACE, es un transductor con mas de 15 años en el mercado, eso habla de lo bueno que es. lo único malo... es un transductor muy difícil de domar... al ser de cono rígido hay que corregir con el crossover una subida de 3db a partir de 1000hz... pero esto nos abre la ventana para corregir también la difracción por borde atraves del crossover. El proyecto es bastante ambicioso así que va a ser lento. pero cuando tenga adelantos sobo info







saludos
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17/01/2011 #19
Moderador

Avatar de Dano

Generás muy buena expectativa, tienen una pinta excelente esos transductores.
02/03/2011 #20

Avatar de Kebra

ezavalla dijo: Ver Mensaje
Que te puedo decir????
Ahhh...sí!!!!



Sinceramente...muy buen laburo! Excelente la respuesta y excelente el acabado....una verdadera BELLEZA de diseño!!!!!!!

PD: Si bien vos has optimizado los filtros con el LSPCad....me pone de la nuca que las pendientes de corte de los filtros sean diferentes ....no tenés a mano el diagrama de fase, sobre todo en el punto de corte?
Para mí tAMbIÉN. Digamos que eso está dentro de los "DO NOT!".
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