Reverberación

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Breve muestra del efecto de reverberación

Señal limpia, seguida de diferentes versiones de reverberación (con tiempos de decaimiento cada vez más largos).

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La reverberación (comúnmente abreviada como reverb ), en acústica , es la persistencia del sonido después de que se produce. ^[1] La reverberación se crea cuando un sonido o señal se refleja. Esto hace que se acumulen numerosos reflejos que luego decaen a medida que el sonido es absorbido por las superficies de los objetos en el espacio, que podrían incluir muebles, personas y aire. ^[2] Esto es más notorio cuando la fuente de sonido se detiene pero los reflejos continúan, su amplitud disminuye, hasta que se llega a cero.

La reverberación depende de la frecuencia: la duración de la decadencia, o tiempo de reverberación, recibe una consideración especial en el diseño arquitectónico de espacios que necesitan tener tiempos de reverberación específicos para lograr un rendimiento óptimo para su actividad prevista. ^[3] En comparación con un eco distintivo , que es detectable a un mínimo de 50 a 100  ms después del sonido anterior, la reverberación es la aparición de reflexiones que llegan en una secuencia de menos de aproximadamente 50 ms. A medida que pasa el tiempo, la amplitud de las reflexiones se reduce gradualmente a niveles no perceptibles. La reverberación no se limita a espacios interiores, ya que existe en bosques y otros entornos al aire libre donde existe reflexión.

La reverberación se produce de forma natural cuando una persona canta, habla o toca un instrumento acústicamente en una sala o espacio de actuación con superficies que reflejan el sonido. ^[4] La reverberación se aplica artificialmente mediante el uso de efectos de reverberación , que simulan la reverberación a través de medios que incluyen cámaras de eco , vibraciones enviadas a través del metal y procesamiento digital. ^[5]

Aunque la reverberación puede añadir naturalidad al sonido grabado al añadir una sensación de espacio, también puede reducir la inteligibilidad del habla , especialmente cuando también hay ruido. Las personas con pérdida auditiva, incluidos los usuarios de audífonos , con frecuencia informan de dificultades para comprender el habla en situaciones reverberantes y ruidosas. La reverberación también es una fuente importante de errores en el reconocimiento automático del habla .

La desreverberación es el proceso de reducir el nivel de reverberación en un sonido o señal.

El tiempo de reverberación es una medida del tiempo necesario para que el sonido se "desvanezca" en un área cerrada después de que la fuente del sonido se haya detenido.

Cuando se trata de medir con precisión el tiempo de reverberación con un medidor, se utiliza el término T ₆₀ ^[6] (abreviatura de tiempo de reverberación 60 dB). T ₆₀ proporciona una medición objetiva del tiempo de reverberación. Se define como el tiempo que tarda el nivel de presión sonora en reducirse en 60  dB , medido después de que finalice abruptamente la señal de prueba generada.

El tiempo de reverberación se expresa con frecuencia como un valor único si se mide como una señal de banda ancha (20 Hz a 20 kHz). Sin embargo, al depender de la frecuencia, se puede describir con mayor precisión en términos de bandas de frecuencia (una octava, 1/3 de octava, 1/6 de octava, etc.). Al depender de la frecuencia, el tiempo de reverberación medido en bandas estrechas variará según la banda de frecuencia que se mida. Para lograr precisión, es importante saber qué rangos de frecuencias se describen mediante una medición del tiempo de reverberación.

A finales del siglo XIX, Wallace Clement Sabine inició experimentos en la Universidad de Harvard para investigar el impacto de la absorción en el tiempo de reverberación. Utilizando un cofre de viento portátil y tubos de órgano como fuente de sonido, un cronómetro y sus oídos, midió el tiempo desde la interrupción de la fuente hasta la inaudibilidad (una diferencia de aproximadamente 60 dB). Descubrió que el tiempo de reverberación es proporcional a las dimensiones de la sala e inversamente proporcional a la cantidad de absorción presente.

El tiempo de reverberación óptimo para un espacio en el que se toca música depende del tipo de música que se vaya a reproducir en el espacio. Las salas que se utilizan para hablar normalmente necesitan un tiempo de reverberación más corto para que el habla se pueda entender con más claridad. Si el sonido reflejado de una sílaba todavía se escucha cuando se pronuncia la siguiente sílaba, puede resultar difícil entender lo que se dijo. ^[7] "Cat", "cab" y "cap" pueden sonar muy similares. Si, por el contrario, el tiempo de reverberación es demasiado corto, el equilibrio tonal y la sonoridad pueden verse afectados. Los efectos de reverberación se utilizan a menudo en los estudios para añadir profundidad a los sonidos. La reverberación cambia la estructura espectral percibida de un sonido, pero no altera el tono.

Los factores básicos que afectan el tiempo de reverberación de una sala incluyen el tamaño y la forma del recinto, así como los materiales utilizados en la construcción de la sala. Todos los objetos colocados dentro del recinto también pueden afectar este tiempo de reverberación, incluidas las personas y sus pertenencias.

Históricamente, el tiempo de reverberación sólo podía medirse utilizando un registrador de nivel (un dispositivo gráfico que representa gráficamente el nivel de ruido en función del tiempo sobre una cinta de papel en movimiento). Se produce un ruido fuerte y, a medida que el sonido se desvanece, la traza del registrador de nivel mostrará una pendiente clara. El análisis de esta pendiente revela el tiempo de reverberación medido. Algunos medidores de nivel de sonido digitales modernos pueden realizar este análisis automáticamente. ^[8]

Existen varios métodos para medir el tiempo de reverberación. Un impulso se puede medir creando un ruido suficientemente fuerte (que debe tener un punto de corte definido). Se pueden utilizar fuentes de ruido impulsivo , como un disparo de pistola de fogueo o la explosión de un globo, para medir la respuesta impulsiva de una sala.

Otra posibilidad es generar una señal de ruido aleatorio , como ruido rosa o ruido blanco , a través de un altavoz y luego apagarlo. Esto se conoce como método interrumpido y el resultado medido se conoce como respuesta interrumpida.

Un sistema de medición de dos puertos también se puede utilizar para medir el ruido introducido en un espacio y compararlo con lo que se mide posteriormente en el espacio. Considere el sonido reproducido por un altavoz en una habitación. Se puede realizar una grabación del sonido en la habitación y compararlo con lo que se envió al altavoz. Las dos señales se pueden comparar matemáticamente. Este sistema de medición de dos puertos utiliza una transformada de Fourier para derivar matemáticamente la respuesta al impulso de la habitación. A partir de la respuesta al impulso, se puede calcular el tiempo de reverberación. El uso de un sistema de dos puertos permite medir el tiempo de reverberación con señales distintas a los impulsos fuertes. Se puede utilizar música o grabaciones de otros sonidos. Esto permite realizar mediciones en una habitación después de que el público esté presente.

Con ciertas restricciones, incluso fuentes de sonido simples como aplausos pueden usarse para medir la reverberación ^[9].

El tiempo de reverberación se expresa generalmente como tiempo de decaimiento y se mide en segundos. Puede haber o no una indicación de la banda de frecuencia utilizada en la medición. El tiempo de decaimiento es el tiempo que tarda la señal en disminuir 60 dB por debajo del sonido original. A menudo es difícil inyectar suficiente sonido en la sala para medir un decaimiento de 60 dB, especialmente en frecuencias más bajas. Si el decaimiento es lineal, es suficiente medir una caída de 20 dB y multiplicar el tiempo por 3, o una caída de 30 dB y multiplicar el tiempo por 2. Estos son los llamados métodos de medición T20 y T30.

La medición del tiempo de reverberación RT ₆₀ está definida en la norma ISO 3382-1 para espacios de espectáculos, la norma ISO 3382-2 para salas ordinarias y la ISO 3382-3 para oficinas abiertas, así como en la norma ASTM E2235.

El concepto de tiempo de reverberación presupone implícitamente que la tasa de decaimiento del sonido es exponencial, de modo que el nivel sonoro disminuye regularmente, a un ritmo de tantos dB por segundo. No es a menudo el caso en salas reales, dependiendo de la disposición de las superficies reflectantes, dispersivas y absorbentes. Además, las mediciones sucesivas del nivel sonoro a menudo producen resultados muy diferentes, ya que las diferencias de fase en el sonido excitante se acumulan en ondas sonoras notablemente diferentes. En 1965, Manfred R. Schroeder publicó "Un nuevo método para medir el tiempo de reverberación" en el Journal of the Acoustical Society of America . Propuso medir, no la potencia del sonido, sino la energía, integrándola. Esto hizo posible mostrar la variación en la tasa de decaimiento y liberar a los acústicos de la necesidad de promediar muchas mediciones.

La ecuación de reverberación de Sabine fue desarrollada a finales de la década de 1890 de manera empírica . Estableció una relación entre la T ₆₀ de una sala, su volumen y su absorción total (en sabines ). Esta relación se obtiene mediante la ecuación:

${\displaystyle T_{60}={\frac {24\ln 10^{1}}{c_{20}}}{\frac {V}{Sa}}\aproximadamente 0,1611\,\mathrm {s} \mathrm {m} ^{-1}{\frac {V}{Sa}}}$.

donde c ₂₀ es la velocidad del sonido en la habitación (a 20 °C), V es el volumen de la habitación en m ³ , S la superficie total de la habitación en m ² , a es el coeficiente de absorción promedio de las superficies de la habitación y el producto Sa es la absorción total en sabines.

La absorción total en sabines (y, por lo tanto, el tiempo de reverberación) generalmente cambia según la frecuencia (que se define por las propiedades acústicas del espacio). La ecuación no tiene en cuenta la forma de la sala ni las pérdidas del sonido que viaja por el aire (importante en espacios más grandes). La mayoría de las salas absorben menos energía sonora en los rangos de frecuencia más bajos, lo que da como resultado tiempos de reverberación más largos en frecuencias más bajas.

Sabine concluyó que el tiempo de reverberación depende de la reflectividad del sonido de las distintas superficies disponibles dentro de la sala. Si la reflexión es coherente, el tiempo de reverberación de la sala será más largo; el sonido tardará más tiempo en extinguirse.

El tiempo de reverberación RT ₆₀ y el volumen V de la sala tienen gran influencia en la distancia crítica d _c (ecuación condicional):

${\displaystyle d_{\mathrm {c}}\approx 0{.}057\cdot {\sqrt {\frac {V}{RT_{60}}}}}$

donde la distancia crítica se mide en metros, el volumen se mide en m³ y el tiempo de reverberación RT ₆₀ se mide en segundos .$Estilo de visualización d_{c}$${\estilo de visualización V}$

La ecuación de tiempo de reverberación de Eyring fue propuesta por Carl F. Eyring de Bell Labs en 1930. ^[10] Esta ecuación tiene como objetivo estimar mejor el tiempo de reverberación en salas pequeñas con cantidades relativamente grandes de absorción de sonido, identificadas por Eyring como salas "muertas". Estas salas tienden a tener tiempos de reverberación más bajos que las salas más grandes, acústicamente más activas. La ecuación de Eyring es similar en forma a la ecuación de Sabine, pero incluye modificaciones para escalar logarítmicamente el término de absorción . Las unidades y variables dentro de la ecuación son las mismas que las definidas para la ecuación de Sabine. El tiempo de reverberación de Eyring viene dado por la ecuación:

${\displaystyle T_{60}\aprox -0,161\ {\frac {V}{S\ln(1-a)}}}$.

La ecuación de Eyring se desarrolló a partir de principios básicos utilizando un modelo de fuente de imagen de reflexión del sonido, en contraposición al enfoque empírico de Sabine . Los resultados experimentales obtenidos por Sabine generalmente coinciden con la ecuación de Eyring, ya que las dos fórmulas se vuelven idénticas para salas con mucho ruido, el tipo en el que trabajaba Sabine. Sin embargo, la ecuación de Eyring se vuelve más válida para salas más pequeñas con grandes cantidades de absorción. Como resultado, la ecuación de Eyring se implementa a menudo para estimar el tiempo de reverberación en salas de control de estudios de grabación u otros entornos de escucha críticos con grandes cantidades de absorción de sonido. La ecuación de Sabine tiende a predecir en exceso el tiempo de reverberación para salas pequeñas con grandes cantidades de absorción. Por esta razón, las calculadoras de tiempo de reverberación disponibles para entornos de estudios de grabación más pequeños, como los estudios de grabación domésticos , a menudo utilizan la ecuación de Eyring.

El coeficiente de absorción de un material es un número entre 0 y 1 que indica la proporción de sonido que es absorbido por la superficie en comparación con la proporción que se refleja de vuelta a la habitación. Una ventana grande y completamente abierta no ofrecería reflexión, ya que cualquier sonido que llegara a ella pasaría directamente hacia afuera y no se reflejaría ningún sonido. Esto tendría un coeficiente de absorción de 1. Por el contrario, un techo de hormigón pintado, liso y grueso sería el equivalente acústico de un espejo y tendría un coeficiente de absorción muy cercano a 0.

The Atlantic describió la reverberación como "posiblemente el efecto de sonido más antiguo y universal en la música", utilizado en la música desde el canto llano del siglo X. ^[5] Compositores como Bach escribieron música para explotar la acústica de ciertos edificios.El canto gregoriano puede haberse desarrollado en respuesta al largo tiempo de reverberación de las catedrales , lo que limita el número de notas que se podían cantar antes de fusionarse caóticamente. ^[5]

La reverberación artificial se aplica al sonido mediante efectos de reverberación . Estos simulan la reverberación a través de medios que incluyen cámaras de eco , vibraciones enviadas a través de metal y procesamiento digital. ^[5]

• Desreverberación
• Resonancia acústica
• Decaimiento exponencial
• Sala de reverberación

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