Acústica de la sala
How sound behaves in an enclosed space

La acústica de salas es un subcampo de la acústica que estudia el comportamiento del sonido en espacios cerrados o parcialmente cerrados. Los detalles arquitectónicos de una sala influyen en el comportamiento de las ondas sonoras en su interior, y los efectos varían según la frecuencia . La reflexión , la difracción y la difusión acústicas pueden combinarse para crear fenómenos audibles, como modos de sala y ondas estacionarias en frecuencias y ubicaciones específicas, ecos y patrones de reverberación únicos .

Zonas de frecuencia

La forma en que se comporta el sonido en una habitación se puede dividir en cuatro zonas de frecuencia diferentes :

  • La primera zona se encuentra por debajo de la frecuencia cuya longitud de onda es el doble de la longitud máxima de la sala. En esta zona, el sonido se comporta de forma muy similar a los cambios en la presión estática del aire.
  • Por encima de esa zona, hasta que las longitudes de onda son comparables a las dimensiones de la sala, predominan las resonancias de la sala . Esta frecuencia de transición se conoce popularmente como frecuencia de Schröder o frecuencia de cruce, y diferencia las frecuencias bajas que crean ondas estacionarias en salas pequeñas de las frecuencias medias y altas. [3]
  • La tercera región, que se extiende aproximadamente 2 octavas , es una transición a la cuarta zona.
  • En la cuarta zona, los sonidos se comportan como rayos de luz que rebotan por la habitación. [ cita requerida ]

Modos naturales

La presión de los modos axiales (fila superior) y tangenciales (fila inferior) graficada para números modales (m = 0, 1) y (n = 1, 2, 3)

Para frecuencias inferiores a la frecuencia de Schröder, ciertas longitudes de onda del sonido se acumularán como resonancias dentro de los límites de la habitación, y las frecuencias de resonancia se pueden determinar utilizando las dimensiones de la habitación. De manera similar al cálculo de las ondas estacionarias dentro de una tubería con dos extremos cerrados, las frecuencias modales y la presión sonora de esos modos en una posición particular de una habitación rectilínea se pueden definir como ( f m , n , l ) {\textstyle (f_{m,n,l})} ( p m , n , l ( x , y , z ) ) {\textstyle (p_{m,n,l}(x,y,z))}

f m , n , l = c 2 ( m L x ) 2 + ( n L y ) 2 + ( l L z ) 2 {\displaystyle f_{m,n,l}={\frac {c}{2}}{\sqrt {{\Big (}{\frac {m}{L_{x}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {n}{L_{y}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {l}{L_{z}}}{\Big )}^{2}}}} p m , n , l ( x , y , z ) = A cos ⁡ ( m π L x x ) cos ⁡ ( n π L y y ) cos ⁡ ( l π L z z ) {\displaystyle p_{m,n,l}(x,y,z)=A\cos {\Big (}{\frac {m\pi }{L_{x}}}x{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {n\pi }{L_{y}}}y{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {l\pi }{L_{z}}}z{\Big )}}

donde son los números de modo correspondientes a los ejes x, y y z de la habitación, es la velocidad del sonido en , son las dimensiones de la habitación en metros. es la amplitud de la onda sonora y son las coordenadas de un punto contenido dentro de la habitación. [4] m , n , l = 0 , 1 , 2 , 3... {\textstyle m,n,l=0,1,2,3...} c {\textstyle c} m s {\textstyle {\frac {m}{s}}} L x , L y , L z {\textstyle L_{x},L_{y},L_{z}} A {\textstyle A} x , y , z {\textstyle x,y,z}

Los modos pueden ocurrir en las tres dimensiones de una habitación. Los modos axiales son unidimensionales y se forman entre un conjunto de paredes paralelas. Los modos tangenciales son bidimensionales e involucran cuatro paredes que delimitan el espacio perpendicularmente entre sí. Finalmente, los modos oblicuos involucran todas las paredes dentro de la habitación rectilínea simplificada. [5]

Un método de análisis de densidad modal que utiliza conceptos de la psicoacústica , el "criterio de Bonello", analiza los primeros 48 modos de la sala y representa gráficamente el número de modos en cada tercio de octava. [6] La curva aumenta de forma monótona (cada tercio de octava debe tener más modos que el anterior). [7] Más recientemente se han desarrollado otros sistemas para determinar las proporciones correctas de la sala. [8]

Reverberación de la sala

Después de determinar las mejores dimensiones de la sala, utilizando el criterio de densidad modal, el siguiente paso es encontrar el tiempo de reverberación correcto . El tiempo de reverberación más apropiado depende del uso de la sala. RT60 es una medida del tiempo de reverberación. [9] Se necesitan tiempos de entre 1,5 y 2 segundos para teatros de ópera y salas de conciertos. Para estudios de radiodifusión y grabación y salas de conferencias, se utilizan con frecuencia valores inferiores a un segundo. El tiempo de reverberación recomendado siempre es una función del volumen de la sala. Varios autores dan sus recomendaciones [10] Una buena aproximación para estudios de radiodifusión y salas de conferencias es:

TR[1 kHz] = [0,4 log (V+62)] – 0,38 segundos,

con V=volumen de la sala en m 3 . [11] Idealmente, el RT60 debería tener aproximadamente el mismo valor en todas las frecuencias de 30 a 12.000 Hz.

Para conseguir el RT60 deseado se pueden utilizar diversos materiales acústicos, como se describe en varios libros. [12] [13] Una valiosa simplificación de la tarea fue propuesta por Oscar Bonello en 1979. [14] Consiste en utilizar paneles acústicos estándar de 1 m2 colgados de las paredes de la sala (sólo si los paneles están paralelos). Estos paneles utilizan una combinación de tres resonadores de Helmholtz y un panel resonante de madera. Este sistema proporciona una gran absorción acústica a bajas frecuencias (por debajo de 500 Hz) y se reduce a altas frecuencias para compensar la absorción típica por personas, superficies laterales, techos, etc.

Variaciones del tratamiento del sonido. Gris: absorción. Negro: reflexión. Azul: difusión.

El espacio acústico es un entorno acústico en el que un observador puede oír el sonido. El término espacio acústico fue mencionado por primera vez por Marshall McLuhan , profesor y filósofo. [15]

Naturaleza de la acústica

En realidad, existen algunas propiedades de la acústica que afectan al espacio acústico. Estas propiedades pueden mejorar la calidad del sonido o interferir en él.

  • La reflexión es el cambio de dirección de una onda cuando choca con un objeto. Muchos ingenieros acústicos se han aprovechado de esto. Se utiliza para diseños de interiores , ya sea para utilizar reflexiones para obtener beneficios o para eliminarlas. Las ondas sonoras normalmente se reflejan en la pared e interfieren con otras ondas sonoras que se generan más tarde. Para evitar que las ondas sonoras se reflejen directamente en el receptor,se introduce un difusor . [16] Un difusor tiene diferentes profundidades, lo que hace que el sonido se disperse en direcciones aleatorias de manera uniforme. Cambia el eco perturbador del sonido en una reverberación suave que decae con el tiempo.
  • La difracción es el cambio de la propagación de una onda sonora para evitar obstáculos. Según el principio de Huygens , cuando una onda sonora es bloqueada parcialmente por un obstáculo, la parte restante que pasa actúa como una fuente de ondas secundarias. [17] Por ejemplo, si una persona está en una habitación y grita con la puerta abierta, las personas a ambos lados del pasillo lo oirán. Las ondas sonoras que salen de la puerta se convierten en una fuente y luego se propagan por el pasillo. Los sonidos de los alrededores pueden interferir con el espacio acústico como en el ejemplo dado.

Usos del espacio acústico

La aplicación del espacio acústico es muy útil en arquitectura. Algunos tipos de arquitectura necesitan un diseño competente para lograr el mejor rendimiento. Por ejemplo, las salas de conciertos, los auditorios, los teatros o incluso las catedrales. [18]

  • Sala de conciertos : un lugar diseñado para albergar un concierto . Una buena sala de conciertos suele tener capacidad para entre 1700 y 2600 espectadores. [19] Hay tres atributos principales de una buena sala de conciertos: claridad, ambiente y volumen. [16] Si los asientos están bien ubicados, el público escuchará un sonido claro desde cada uno de ellos. Para lograr un mayor ambiente, se diseñan tiempos de reverberación según lo prefiera. Por ejemplo, la música romántica suele requerir una cantidad de tiempo de reverberación para realzar las emociones, por lo tanto, los techos de la sala de conciertos deben ser altos.
    Scratch Messiah 2015 en el Royal Albert Hall , Kensington , Londres , Reino Unido
  • Teatro : un lugar diseñado para presentaciones en vivo. La primera prioridad para el diseño de sonido en un teatro es el habla. [16] [19] El habla debe escucharse claramente, incluso si es un susurro suave. La reverberación no es necesaria en este caso, ya que interrumpe las palabras pronunciadas por los actores . La intensidad debe aumentarse para ampliar el espacio acústico, para cubrir el teatro sin interrumpir la dinámica . En teatros grandes,se debe utilizar amplificación .
Vista interior del Teatro Mabel Tainter
  • La catedral (y la iglesia) tienen un área llamada coro , generalmente ubicada cerca del crucero , donde se encuentra la torre en la mayoría de las catedrales. El coro es para que el coro cante. Este tipo de canto necesita un sonido suave y turbio para crear ambiente y emoción. La altura de la catedral no solo muestra orgullo religioso, sino que también mejora la acústica. Hay más reverberación cuando la fuente genera un sonido en el espacio.
Vista interior del coro de la catedral de Worcester , Worcestershire , Reino Unido

Véase también

Notas

  1. ^ La frecuencia es aproximadamente  Hz cuando el volumen de la sala, V, se mide en metros cúbicos y el tiempo de reverberación, RT60 , se mide en segundos; esta fórmula incorpora la velocidad aproximada del sonido en el aire. [1] [2] 2000 RT60 / V {\displaystyle 2000{\sqrt {{\textit {RT60}}/{\textit {V}}}}}

Referencias

  1. ^ Schroeder, Manfred (1996). "La 'frecuencia de Schroeder' revisitada". Revista de la Sociedad Acústica de América . 99 (5): 3240–3241. Código Bibliográfico :1996ASAJ...99.3240S. doi :10.1121/1.414868.
  2. ^ Davis, Don; Patronis, Eugene; Brown, Pat (2013). Ingeniería de sistemas de sonido (4.ª ed.). pág. 215.
  3. ^ Crocker, Malcolm J. (2007). Manual de control de ruido y vibraciones . pág. 54.
  4. ^ Fidecki, Tadeusz. "Acústica de salas y sistemas de refuerzo de sonido". pp. Sección 1.1.
  5. ^ Larsen, Holger (1978). Proceso de reverberación a bajas frecuencias (PDF) . Bruël and Kjaer Technical Review No. 4. Bruël and Kjaer.
  6. ^ Bonello, Oscar J. (1981). "Un nuevo criterio para la distribución de modos de sala normales". Revista de la Sociedad de Ingeniería de Audio . 29 (9): 597–606.
  7. ^ Ballou, Glen. Manual para ingenieros de sonido . Howards Sams. pág. 56.
  8. ^ Cox, TJ; D'Antonio, P.; Avis, MR (2004). "Dimensionamiento y optimización de salas a bajas frecuencias". Revista de la Sociedad de Ingeniería de Audio . 52 (6): 640–651.
  9. ^ "Tiempo de reverberación RT60" . Consultado el 27 de marzo de 2024 .
  10. ^ Beranek, Leo (1954). "Capítulo 13". Acústica . McGraw Hill Books.
  11. ^ Bonello, Óscar. Clases de Acústica . Editado CEI, Facultad de Ingeniería UBA.
  12. ^ Rettinger, Michael (1977). Diseño acústico y control del ruido . Nueva York: Chemical Publishing.
  13. ^ Knudsen, Vern Oliver ; Harris, Cyril M. (1965). Diseño acústico en arquitectura . Nueva York: John Wiley and Sons.
  14. ^ Bonello, Oscar (1979). Un nuevo método asistido por ordenador para el diseño acústico completo de estudios de radiodifusión y grabación . Conferencia internacional sobre acústica, habla y procesamiento de señales, ICASSP '79. Washington: IEEE.
  15. ^ Schafer, RM (2007). "Espacio acústico". Circuito . 17 (3): 83–86. doi : 10.7202/017594ar .
  16. ^ abc Knudsen, V.; Harris, C. (1950). Diseño acústico en arquitectura . Instituto Americano de Física. págs. 1–18, 112–150.
  17. ^ Smitthakorn, P.; Siebein, G. (2012). Reflexión difusa: efectos acústicos arquitectónicos de las reflexiones especulares y difusas en la calidad musical percibida . Saarbrücken, Alemania: Lap Lambert Academic Publishing. págs. 11–19.
  18. ^ Cavanaugh, W.; Tocci, G.; Wilkes, J. (2010). Principios y práctica de la acústica arquitectónica. En Marshall, L. (ed.) Diseño acústico: lugares para escuchar . Nueva Jersey: John Wiley & Sons. págs. 133–157.
  19. ^ ab Long, M. (2006). Acústica arquitectónica. En Levy, M. y Stern, R. (ed.) General Consideration: Design of Rooms For Music . Estados Unidos de América: Elsevier Inc. págs. 653–656.
  • Comprender el tratamiento acústico
  • ¿El tratamiento acústico marca la diferencia?
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