TEMA 3. Diseño DE Salas DE Campo Sonoro PDF

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TEMA 3. DISEÑO DE SALAS DE CAMPO SONORO. Índice: 1. Características acústicas de salas de campo sonoro, Reverberación eco, resonancia. 2. Niveles sonoros en recintos. Campo cercano, campo lejano, campo libre, campo reverberado. 3. Corrección acústica de una sala. Aislamiento acústico: técnicas y materiales. Soluciones constructivas para el aislamiento acústico. 4. Acondicionamiento acústico. Materiales absorbente y aislantes. Resonadores. Paneles difusores. 5. Características de las salas audiométricas. 1. CARACTERÍSTICAS ACÚSTICAS DE SALAS DE CAMPO SONORO. REVERBERACIÓN ECO, RESONANCIA. Se define campo sonoro como el entorno creado por una fuente de sonido en el medio que rodea ésta, produciéndose como consecuencia la aparición de ondas sonoras que se propagan a través de dicho medio. Cuando una fuente sonora emite energía en un espacio abierto, el fenómeno de reflexión no se produce ya que las ondas no encuentran en su camino ninguna superficie con la que chocar. Tampoco existen reflexiones en el caso de que la onda incida sobre superficies que son totalmente absorbentes. tal y como ocurre en una cámara anecoica ideal. En ambos casos, se dice que la propagación se produce en condiciones de campo libre y solamente existe el sonido directo generado por la propia fuente. Por el contrario, en otro tipo de espacios, el sonido encuentra alguna superficie en su camino de propagación. En este caso sí se da el fenómeno acústico de la reflexión. Ahora, además del sonido directo que se produce en campo libre, aparece también un sonido reflejado, compuesto por todas las reflexiones de las ondas con las diversas superficies implicadas. Por tanto, la propagación del sonido en un recinto cerrado es decir, la energía emitida por una fuente sonora en un recinto cerrado, alcanza al oyente de dos formas:  Sonido directo: aquel que recorre en línea recta la trayectoria existente entre la fuente sonora y el oyente.  Sonido reflejado: aquel que alcanza al oyente, después de realizar una o más reflexiones sobre las superficies de la sala.

SI tomamos como referencia el punto de escucha, el nivel sonoro recibido del sentido directo depende de la distancia de la fuente, mientras que el nivel sonoro obtenido del sonido reflejado, depende tanto de los diferentes caminos recorridos por los rayos sonoros como del coeficiente de absorción de los materiales de las superficies que definen la sala.

El sonido reflejado está formado a su vez por las primeras reflexiones tardías, en función del número de veces que la onda ha incidido sobre alguna superficie, lo que se conoce como orden de la reflexión.

Se dice que una reflexión es de orden “n” cuando el rayo sonoro asociado ha incidido “n” veces sobre las diferentes superficies del recinto antes de llegar al receptor. Al analizar la evolución temporal del sonido reflejado en un punto cualquiera de la sala, se identificará básicamente dos zonas:  Una primera zona, que incluye todas aquellas reflexiones que llegan inmediatamente después del sonido directo y que reciben el nombre de primeras reflexiones o reflexiones tempranas (los primeros “rebotes” en paredes, suelo y techo).  Una segunda, formada por las siguientes reflexiones que constituyen la denominada cola reverberante.

La llegada de reflexiones al punto de escucha se produce de forma continua, y por tanto sin cambios bruscos.

En general, las primeras reflexiones presentan orden bajo de reflexión (habitualmente, orden menor o igual que tres) y debido a esto, un nivel energético mayor que las correspondientes a la cola reverberante, ya que en las reflexiones parte del sonido se va atenuando. Además, como las primeras reflexiones dependen directamente de las formas geométricas de la sala, son específicas de cada punto y por tanto, determinan las características acústicas propias de la sala en esa posición de escucha, juntamente con el sonido directo. REVERBERACIÓN. La reverberación es el efecto acústico de la reflexión que se produce en un recinto cuando un frente de onda o campo directo incide contra las paredes, suelo y techo del mismo. El conjunto de dichas reflexiones constituye lo que se denomina campo reverberante. Este fenómeno derivado de la reflexión del sonido dentro de un espacio cerrado consiste en una ligera prolongación del sonido una vez que se ha extinguido dicho sonido de la fuente original. Esta prolongación es debida a las ondas reflejadas por las diferentes superficies del espacio. Con lo que podemos entender que si modificamos las superficies del local, la reverberación se verá afectada. Es fácil comprobar que poner un mueble o colgar una cortina en una habitación hace que esta sea menos ruidosa. Notamos que el sonido queda apagado, en realidad queda absorbido por estos nuevos materiales. La reverberación, la escuchamos muy bien en espacios grandes como las iglesias, donde las paredes de piedra no absorben el sonido y toda la energía sonora está unos segundo viajando en su interior hasta disiparse. En recintos más grandes, como pabellones o piscina cubiertas, incluso podemos llegar a tener eco. Con el fin de poder medir y evaluar el grado de reverberación de una sala, se define el llamado tiempo de reverberación (TR). El TR a una frecuencia dada se define como, el periodo en segundos que transcurre desde que la fuente emisora del sonido hasta que el nivel de presión sonora cae 60 dB con respecto a su valor inicial.

La determinación teórica del TR permite relacionar dicho indicador con los parámetro dimensionales y de absorción de cualquier recinto. La expresión más conocida y utilizada es la fórmula de Sabine: TR = 0,161 (V/A) 

TR: tiempo de reverberación (s).

 

V: volumen total de la sala (m3 metros cúbicos). A: ⅀ Si * ai área de absorción

Existen otras fórmulas tales como la de Eyring o la de Millington. No obstante, por lo general se aplica la expresión de Sabine. Aunque cualquiera de ellas se usa para la predicción en el diseño del local. La medición in situ se realiza mediante fuentes sonoras instantáneas y sonómetros adecuados. Por lo general, el TR varía con la frecuencia, tendiendo a disminuir a medida que la frecuencia aumenta. Ello es debido en gran parte, a que la mayoría de materiales que hay en cualquier sala son más absorbente a altas frecuencias. Por otro lado, el TR es un indicador de la calidad del sonido dentro de un espacio tanto para música como para habla. Un TR bajo (< 1s) es óptimo para alta calidad de inteligibilidad en salones de charlas, aulas y otros espacios instructivos. En cambio, un TR alto (> 1,5 s) es óptimo para escuchar música en teatros, auditorios, etc.

Una sala con un TR alto se denomina “vivo”, mientras que si el Tr es bajo recibe el nombre de recinto “apagado” o “sordo”. En conjunto, los elementos constructivos, acabados superficiales y revestimientos que delimitan un aula o una sala de conferencias, un comedor y un restaurante, tendrán la absorción acústica suficiente de tal manera que, según el código técnico de la edificación:  El tiempo de reverberación en aulas y salas de conferencias vacías (sin ocupación y sin mobiliario), cuyo volumen sea menor que 350 m3, no será mayor que 0,7s.  El tiempo de reverberación en aulas y salas de conferencias vacías, pero incluyendo el total de las butacas, cuyo volumen sea menor que 150m3, no será mayor que 0,5 s.  El tiempo de reverberación en restaurantes y comedores vacíos no será mayor que 0,9 s. ECO. En realidad el eco y la reverberación tienen que ver con lo mismo, una onda acústica que viaja hasta una superficie, rebota y llega de nuevo hasta su emisor.Cuando la distancia recorrida por la onda acústica es larga y este viaje dura más de un determinado tiempo se produce el eco. Es lo que sucede si gritamos a una montaña. Cuando la distancia es más corta, como en sala sy auditorios, y el sonido se refleja de vuelta en menos tiempo se produce la reverberación. Por eso, muchas veces, cuando hablamos del eco de una sala en realidad nos estamos refiriendo al efecto acústico de la reverberación. Entonces, el eco es un fenómeno consistente en escuchar un sonido después de haberse extinguido la emisión de la fuente de la onda se produce, cuando dicha onda sonora se refleja en una pared generando una reflexión de primer orden, que llega con

un retardo superior a 50 ms respecto al sonido directo y con un nivel de presión sonora perceptible. Si se cumplen estas condiciones, el oído percibe una repetición dentro de los primeros 50 ms son integradas por el oído con el sonido directo y percibidos como un sonido prolongado, es decir reverberado. AHora bien, existe una distancia mínima a la que debemos encontrarnos para que se produzca el eco. Esta distancia tiene que ver con la física del sonido y con la fisiología de nuestro oído: somos incapaces de distinguir dos sonidos si la diferencia de tiempo de llegada entre uno y otro no es mayor de 50 ms. Más concretamente, el cerebro necesita un intervalo de tiempo de 0,1 s para discernir entre dos sonidos musicales y de 0,067 si se trata de dos sonidos secos, como una palabra o un aplauso. Esto quiere decir que no escucharemos eco, si la superficie reflectante está a una distancia del foco sonoro menor de 17 metros para sonidos musicales y menor de 11,34 metros para sonidos secos. En estos casos solo percibimos una reverberación la cual, si no es deseada se convierte en la pesadilla de quienes diseñan auditorios y salas de concierto. Por todo lo anterior, la diferencia entre el eco y la reverberación es simple, como el ser humano puede distinguir diferentes sonidos separados por un tiempo mayor o igual a 0,1 segundos, entonces si el retardo de una onda reflejada es mayor o igual a 0,1 s, tenemos eco, si el retardo es menor a 0,1s tenemos reverberación. RESONANCIA. El término resonancia se refiere a la capacidad de vibrar que tiene un objeto. Es la manera en que la onda audible o no, hace que las cosas vibren en mayor proporción de lo normal. Todos los cuerpos o materias físicas tienen lo que se denomina, “frecuencia de resonancia”: una pared, un edificio, una copa, el cuerpo humano y sus órganos, un boli, un puente, etc. Recordemos el conocido ejemplo de resonancia de romper una copa con la voz al hacer coincidir una nota musical con la frecuencia de resonancia del cristal. (UT 1). Cuando hablamos de las resonancias en un recinto cerrado nos podemos referir a ellas como modos propios, ondas estacionarias, modos resonantes o frecuencias de resonancia. Por tanto, en acústica ondulatoria se conoce como modo propio, aquella onda estacionaria generada en el interior de un determinado espacio,por ejemplo una sala o habitación. Este tipo de interferencias, ya sean constructivas (suma de intensidades o picos) o destructivas ( anulación de intensidades o nodos), vienen dadas por la interacción entre las ondas incidentes y reflejadas dentro del recinto. Asimismo, cada modo propio está asociado a una frecuencia propia y nivel de presión sonora específicos en función del punto a considerar. De forma, que si la distancia entre dos paredes paralelas dentro de una sala es similar a la longitud de onda de una determinada frecuencia, podremos decir que esta frecuencia está asociada a un modo propio y que, por tanto, permanecerá estacionaria reflejándose entre las dos superficies paralelas hasta perder su energía acústica. Por tanto, las resonancias producidas por frecuencias bajas (20 Hz - 300 Hz) cuya longitud de onda es similar a las medidas de la sala, se perciben en ciertos puntos a un nivel más intenso que otras frecuencias. Por ejemplo, una frecuencia de 20 Hz tiene un longitud de onda de 17,2 metros de largo, si la velocidad del sonido es de 344 m/s. Esto quiere decir que si esta frecuencia es producida en una habitación de 17 metros de largo, dicha frecuencia y sus armónicos correspondientes se escuchara más o menos fuertes que las demás frecuencias que son múltiplos de esta. En ciertas

ubicaciones se percibe un nivel de intensidad menor (nodos), mientras que en otra sposiciones tienden a escucharse más fuerte (picos). Lo que se traduce en un sonido “retumbante” en la sala, perdiendo definición en lo que escuchamos. Estos problemas se agravan en ambientes pequeños con dimensiones que comparten múltiplos comunes (por ejemplo, salas de dimensiones: 3 x 6 x 9 m). Por todo ello, esta clase de ondas estacionarias suponen un importante problema a tener en cuenta, especialmente en recintos destinados al uso de la palabra y del sonido en general (salones de conferencia, salas de conciertos, estudios de grabación musical, salas de cine…) donde pueden llegar a ocasionar una notable pérdida en la inteligibilidad de la palabra y en las calidad acústica del recinto. Pese a que la existencia de modos propios es inevitable, es posible minimizar las repercusiones negativas que conllevan para que no supongan una deficiencia en la escucha a lo largo de todo el espectro de frecuencias audibles. Una solución entre otras como veremos luego, al problema que generan las ondas estacionarias es tratarlas utilizando trampas de graves.

2. NIVELES SONOROS EN RECINTOS. CAMPO CERCANO, CAMPO LEJANO, CAMPO LIBRE, CAMPO REVERBERADO. La energía sonora total presente en cualquier punto de una sala se obtiene como suma de una energía de valor variable y otra de valor constante. La energçia de valor variable corresponde al sonido directo, y disminuye a medida que el receptor se aleja de la fuente, mientras que la energía de valor constante va asociada al sonido indirecto o reflejado. El hecho de que dicha energía no dependa del punto en consideración proviene de aplicar la teoría estadística a todo el sonido reflejado y, en consecuencia, de tratar por igual a todas las reflexiones, sean primeras o tardías (cola reverberante). Habitualmente no se trabaja en términos de energía, sino de nivel de presión sonoro NPS o SPL, lo cual es totalmente equivalente. Ello se debe a que, en la práctica, el nivel SPL es fácilmente medible. Por lo tanto, según lo que se acaba de exponer, la presión sonora total en un punto cualquiera de un recinto se obtiene a partir de la contribución de las presiones del sonido directo (disminuye con la distancia a la fuente) y del sonido reflejado (se mantiene constante). La zona donde predomina el sonido directo se denomina zona de campo directo o libre. La zona donde predomina el sonido reflejado recibe el nombre de zona de campo reverberado. A continuación estudiaremos estos y otros tipos de campos sonoros. CAMPO CERCANO, CAMPO LEJANO, CAMPO LIBRE Y CAMPO REVERBERADO. El campo sonoro es el espacio físico creado por una fuente de sonido en el medio que la rodea, produciéndose como consecuencia, la aparición de ondas sonoras que se propagan a través del medio en todas las direcciones. Se considera una fuente sonora que radia sonido de forma omnidireccional, desplazándose dicho sonido por lo tanto, en forma de onda esférica. Conforme aumenta la distancia, estas ondas se comportan cada vez más como ondas planas, debido al decrecimiento de la curvatura de los frentes de onda.

Cuando se trata de representar la propagación de una onda es habitual encontrar, junto a los frentes de onda, rayos. Los rayos son líneas rectas que indican, mediante un extremo (flecha), la dirección y sentido de propagación de la onda. Son perpendiculares a los frentes de onda en cada uno de sus puntos.

Podemos afirmar que el campo sonoro representa la distribución del nivel de presión sonora en cada punto del espacio tridimensional en trono al foco emisor. A partir de esto, se distinguen diferentes tipos de campos sonoros:

Campo cercano: zona física próxima a la fuente donde los niveles de presión sonora pueden cambiar significativamente con una pequeña variación de la posición. Suele abarcar una distancia inferior a la longitud de onda de la frecuencia mas pequeña, emitida por la fuente de emisión sonora. Deben evitarse las mediciones acústicas en esta zona, ya que no resultan fiables.  Campo lejano: compuesto a su vez por dos zonas:  Campo libre o directo: es un medio homogéneo sin limites ni superficies reflectantes en torno a el. También es considerado parte del campo cercano. A dicha zona pertenecen los puntos que no han sufrido la reflexión de la fuente sonora y en ella el nivel de presión sonora, llamando nivel de campo directo LD, disminuye 6 dB cada vez que se dobla la distancia a la fuente. El sonido se comporta como en campo abierto o libre.  Campo reverberado: también se le llama campo reflejado. Se define como la zona en la que se percibe el sonido tras sufrir una o varias reflexiones que se superponen entre si dando lugar a nivel de presión sonora prácticamente constante en todos los puntos. En esta zona, el nivel de presión sonora, denominado nivel de campo reverberado LR, se mantiene constante. Y según predomine o no el campo sonoro directo sobre el reverberado se favorecerá o no la inteligibilidad cuando exista mas de una fuente sonora en el recinto emitiendo de forma simultanea. Un claro ejemplo son los restaurantes en los que acaba siendo imposible entender a las personas que tenemos cerca cuando existen varias personas hablando a la vez, en este caso predomina el campo reverberado sobre el directo. En el campo reverberado las reflexiones pueden llegar a ser tan importantes como el sonido directamente procedente de la fuente. Por tanto, se define el concepto de distancia critica DC como aquella a partir de la cual predomina el campo sonoro reverberado sobre el campo directo o libre. Entonces, la distancia para la cual LD=LR es la distancia critica DC. 3. CORRECCIÓN ACÚSTICA DE UNA SALA. AISLAMIENTO ACÚSTICO: TÉCNICAS Y MATERIALES. SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PARA EL AISLAMIENTO ACÚSTICO. La corrección acústica de una sala comprende todas aquellas técnicas destinadas a acondicionar y aislar el campo sonoro en el interior de una sala, con el fin de lograr los objetivos acústicos deseados.

El campo sonoro creado en un recinto dependerá en gran medida de la forma de éste y de los materiales con los que está recubierto. Al combinarse onda reflejada y directa en un recinto, aparecen ondas estacionarias cuyas frecuencias incrementan o disminuyen el nivel sonoro en determinados puntos de la sala. Por este motivo, la respuesta de la sala se ve alterada y es necesario corregir las diferencias de nivel entre frecuencias. Para ello, se lleva a cabo la corrección acústica de la sala mediante un tratamiento anti-reverberación. Este tratamiento acústico se realiza mediante la aplicación de correctores como, paneles fonoabsorbentes, reflejos acústicos y trampas de graves (bass traps). Una vez realizada la corrección acústica mediante una medición de los tiempos de reverberación en función de la frecuencia, los paneles fonoabsorbentes se colocan en distintos puntos claves, para capturar el sonido y disiparlo en forma de calor. Su densidad, forma y espesor determinan la capacidad de capturar el sonido en varias bandas de frecuencias. También se necesitan reflejos acústicos para corregir la acústica de una sala, estos se usan para dar amplitud al sonido en ambientes con formas geométricas poco adecuadas. Finalmente se utilizan trampas de graves o bass traps, fabricados en espuma de poliuretano, gracias a su espesor y a su forma adaptable pueden ponerse en el cruce de las paredes. Reaccionan a partir de frecuencias bajas, normalmente a partir de los 300 Hz, por tanto, se han estudiado para corregir sólo y exclusivamente determinadas frecuencias.

Además de realizar un tratamiento anti-reverberación en un recinto, se hace necesario mantener un ambiente aislado acústicamente, es decir, que dicho recinto sea difícilmente permeable al sonido. AISLAMIENTO ACÚSTICO: TÉCNICAS Y MATERIALES SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PARA EL AISLAMIENTO ACÚSTICO. El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar y/o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio. Para impedir que el ruido producido en un recinto cerrado moleste, la construcción debe estar diseñada con el fin de evitar que el sonido se transmita en la medida de lo posible.

El aislamiento acústico está relacionado con la capacidad que tiene un elemento o estruct...