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Trabajo sobre cómo acondicionar un auditorio según el estudio de múltiples parámetros y recubrimientos del auditorio. Asignatura impartida por Ricardo San Martín....

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2016

BALUARTE Acondicionamiento Acústico

LEYRE GULINA ROYO

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INDICE 1. OBJETIVO Y ANTECEDENTES Leyre 1.1.Introducción 1.2.Objetivo 2. DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD DEL LOCAL Alex 2.1.Descripción de la actividad 2.2.Descripción del local 3. CONSIDERACIONES PREVIAS PARA EL ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO 3.1.Parámetros acústicos a estudiar 3.2.Consideraciones previas para el diseño de la sala 3.3.Fuentes de emisión y receptores 3.4.Importancia del jnd 3.5.Simulaciones del auditorio 4. ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO: PARÁMETROS cada uno lo suyo 4.1.Calidad musical leyre alex 4.2.Comprensión del mensaje oral alex 5. CONCLUSIONES alex 6. BIBLIOGRAFÍA

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1. OBJETIVO Y ANTECEDENTES 1.1.Introducción El Baluarte es un auditorio ya construido que se encuentra en Pamplona, sin embargo, en el proyecto que vamos a llevar a cabo supondremos que nosotros somos quienes lo vamos a construir desde cero. Una vez tengamos la estructura construida nos centraremos en el Acondicionamiento Acústico. El fin de este es que el sonido se distribuya de manera homogénea para obtener los parámetros acústicos apropiados para su uso y para evitar ecos no deseados. 1.2.Objetivo El objetivo principal de este proyecto es realizar un Acondicionamiento Acústico óptimo de la sala principal del Baluarte. El primer objetivo antes de llegar a nuestro objetivo final es construir la Sala Principal del Baluarte valiéndonos de los planos que se nos han suministrado (planta, perfil y alzado). Para ello utilizaremos la herramienta gráfica SketchUp. Debemos tener en cuenta que la geometría que definamos va a ser un determinante de la acústica de la sala. Una vez que hallamos realizado el diseño, ya nos podremos centrar en llevar a cabo el Acondicionamiento Acústico. Para ello utilizaremos la herramienta ODEON que nos permite añadir revestimientos a las diferentes superficies y realizar simulaciones para comprobar cuáles son los parámetros acústicos de la sala.

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2. DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD DEL LOCAL 2.1.Descripción de la actividad La actividad que hemos decidido que se lleve a cabo en nuestro Auditorio es puramente musical, más concretamente para orquestas sinfónicas. Si acondicionamos nuestra sala para tal actividad, la acústica será óptima para este tipo de música, sin embargo, no habría problema en desarrollar otro tipo de actividad musical, lo único que tenemos que tener en cuenta es que la acústica no será perfecta, pero si aceptable. Por el contrario, sería imposible llevar a cabo obras teatrales u otras actividades de transmisión oral. 2.2.Descripción del local El local donde vamos a realizar la actividad es una sala (Sala Principal) que se encuentra dentro del edificio Baluarte, el cual comprende más salas en su interior pero que no son de nuestro interés para este estudio. •

DIMENSIONES

Las dimensiones que debería tener nuestro local son las siguientes: Escenario:

v Anchura: 26,5 m. v Profundidad: 18,67 m. v Altura: 11,5 m.

Audiencia: v Anchura: 27,36 m. v Profundidad: 44,28 m. v Altura:14,7 m. (Altura en la primera fila de la audiencia, conforme nos alejamos del escenario la altura de la audiencia disminuye y por lo tanto hay menos distancia desde la audiencia hasta el techo). Sin embargo, hemos comprobado que el auditorio que hemos diseñado tiene una audiencia con algo más de profundidad que la que tiene el auditorio real. Debido a esto los resultados variarán ligeramente. •

MATERIALES

En nuestro caso no hemos añadido revestimientos exteriores, ya que para este únicamente nos han encargado el acondicionamiento acústico. En el escenario, el suelo, las paredes y el techo están revestidos con el mismo material: linóleo en suelo de madera (nº 6002). La absorción de este material es:

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63 Hz 0,15

125 Hz 0,15

250 Hz 0,12

500 Hz 0,11

1000 Hz 0,1

2000 Hz 0,07

4000 Hz 0,08

8000 Hz a 0,08 0,1

En la audiencia tenemos diferentes materiales: v Las butacas están revestidas de un material adecuado con amortiguación media (nº 11008). 63 Hz 0,56

125 Hz 0,56

250 Hz 0,64

500 Hz 0,7

1000 Hz 0,72

2000 Hz 0,68

4000 Hz 0,62

8000 Hz a 0,62 0,8

v Las escaleras que hay entre las butacas están recubiertas por un panel de madera de 1 cm de grosor (nº 6068). 63 Hz 0,28

125 Hz 0,28

250 Hz 0,22

500 Hz 0,17

1000 Hz 0,09

2000 Hz 0,1

4000 Hz 0,11

8000 Hz a 0,11 0,1

v El suelo lo hemos cubierto con una alfombra de goma de 5 mm sobre cemento (nº 6003). 63 Hz 0,04

125 Hz 0,04

250 Hz 0,04

500 Hz 0,08

1000 Hz 0,12

2000 Hz 0,1

4000 Hz 0,1

8000 Hz a 0,1 0,1

v Las paredes y el techo les hemos puesto un material con doble recubrimiento: una capa de madera de 16 mm sobre una placa de corchete de 40 mm (nº 3064). 63 Hz 0,18

125 Hz 0,18

250 Hz 0,12

500 Hz 0,1

1000 Hz 0,09

2000 Hz 0,08

4000 Hz 0,07

8000 Hz a 0,07 0,1

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3. CONSIDERACIONES PREVIAS PARA EL ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO El diseño de salas destinadas a la interpretación musical es el más complejo desde el punto de vista acústico. Por una parte, no existen fórmulas magistrales que garanticen a priori la calidad acústica de una sala y por otra parte cada tipo de música requiere un recinto con unas características acústicas específicas y diferenciadas. A lo largo de las últimas décadas se han intentado relacionar las valoraciones subjetivas sobre la calidad acústica con una serie de parámetros objetivos (físicamente medibles). Aunque en la actualidad todavía nos hallemos lejos de conseguir una perfecta correspondencia entre lo objetivo y lo subjetivo, el progreso es notorio. Por otra parte, el margen de valores recomendados para cada parámetro no se ha establecido como fruto de profundos estudios matemáticos, sino que se ha fijado siguiendo un proceso totalmente empírico. Tal proceso ha consistido en analizar un numeroso conjunto de salas de conciertos de todo el mundo y en determinar los valores de sus parámetros acústicos más representativos. Los valores correspondientes a aquellos recintos considerados unánimemente como excelentes desde un punto de vista acústico han sido los elegidos como patrón para el diseño de nuevas salas. El éxito en el diseño no consiste sólo en lograr valores dentro del margen recomendado, sino que ello ocurra en todos los puntos de la sala, es decir, en que exista una uniformidad del sonido. Un oyente ubicado en un punto cualquiera de la sala recibe dos tipos de energía acústica: sonido directo y sonido reverberado. Se define sonido directo a aquél que le llega al oyente directamente desde el foco sonoro sin ningún tipo de interferencia y el sonido indirecto o reflejado al originado como consecuencia de las diferentes reflexiones que sufre debido a las características geométricas de la sala. Debido a las características de uso de la sala, definida como sala musical, se busca la mayor adaptación posible para condiciones musicales. 3.1.Parámetros acústicos a estudiar Para evaluar una sala tenemos disponibles los siguientes parámetros, algunos serán más importantes que otros dependiendo del uso que le vayamos a dar a la sala: v Tr: Tiempo de Reverberación v EDT: Early Decay Time (EDT) v BR: Bass Ratio

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v v v v v v v v v v

Br: Brillo D50: Definición D80: Claridad de la voz C80: Claridad musical ITDG: Initial Time Delay Gap G: Fuerza Acústica JLF: Eficiencia Lateral LJ: Late Lateral Sound Level IACC: Correlación Cruzada Interaural STeraly: Soporte objetivo

3.2.Consideraciones previas para el diseño de la sala Es importante tener en cuenta que todos los parámetros definidos en el apartado anterior, a excepción del Tr, pueden variar de manera significativa en función de la posición del espectador dentro de la misma sala. La claridad, reverberación, sonoridad e impresión espacial de una sala son parámetros subjetivos que tienen una baja correlación entre ellos cuando se miden en distintos asientos, pero son referencias importantes para evaluar el comportamiento acústico de la sala. Es imprescindible analizar la relación entre la energía directa y la energía reverberada, e intentar mantener una relación óptima entre ellas. Debemos intentar maximizar la utilización de la energía directa aprovechando las primeras reflexiones de las paredes laterales y el techo, así pues, la geometría escogida de la sala es clave para guiar el sonido eficientemente. Por otra parte, un exceso de reflexiones o un diseño geométrico inapropiado puede ocasionar problemas acústicos como focalizaciones o ecos. Los parámetros geométricos más importantes en el diseño de un auditorio vienen determinados por la capa de asientos de la audiencia, la elección de la estructura de la pared, la altura de la sala y la forma del techo. a) Disposición de los asientos Cuando los asientos de la audiencia se sitúan de manera plana, el sonido directo y las reflexiones pueden llegar con un ángulo perjudicial que reduzca el sonido, claridad, intimidad y calidez de la sala. Para evitar esta pérdida hemos colocado los asientos con una pendiente relativa que cumple que el sonido que llega a cada espectador no es obstruido por el espectador

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que tiene delante. b) Techo Nuestro auditorio tiene un techo irregular que potencia las reflexiones del sonido. Esto refuerza la impresión espacial del recinto, una parte de las reflexiones del techo se dirigirán a las paredes laterales, otra parte a la zona del público más alejada de la fuente y el resto se difundirá para mejorar la percepción de la reverberación. c) Materiales Como tenemos una sala destinada a la música, las butacas son el único elemento de absorción acústica apreciable. Los materiales del resto de la sala deben ser reflectantes para evitar una pérdida excesiva de sonidos graves y agudos, por eso hemos escogido material de madera para las paredes. d) Escenario El diseño de nuestro escenario debe permitir a los músicos que se escuchen a sí mismos y al resto de integrantes de la orquesta para conseguir una correcta fusión entre todos los instrumentos. Debemos colocar la orquesta los más cerca posible del fondo del escenario, ya que si la colocamos demasiado cerca de la audiencia desaprovecharemos las reflexiones útiles que provienen del fondo y del techo del escenario. Además, se recomienda la utilización de tarimas para las últimas filas de músicos para conseguir una buena conjunción entre todos ellos, en especial cuando se trata de grandes orquestas. 3.3.Fuentes de emisión y receptores a) Fuentes de emisión Para realizar un estudio detallado de nuestro auditorio hemos decidido utilizar dos fuentes de emisión diferentes: fuente directiva y fuente omnidireccional. La fuente directiva que hemos utilizado una fuente con la directividad característica de la voz. La simulación con esta fuente nos va a ser útil para comprobar si la sala es apta para la voz humana. A parte de estudiar los resultados obtenidos de los parámetros típicos, hemos realizado tres auralizaciones de voz, una en cada audiencia. Como era de esperar, en la audiencia más cercana es donde mejor se escucha, pero no podemos decir que es un sonido adecuado porque se aprecia demasiado eco y el mensaje no es inteligible. El sonido de la última audiencia es pésimo para la voz, con una simple escucha nos damos cuenta que en ningún caso

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nuestra sala podría ser útil para teatro, monólogos o cualquier otra actuación relacionada con la voz.

En segundo lugar hemos utilizado una fuente omnidireccional para simular una orquesta sinfónica. Esto es una aproximación, ya que en realidad tendríamos que haber tenido en cuenta la directividad de cada instrumento y el número de instrumentos de cada tipo, pero como en ODEON no disponemos de ello hemos decidido considerar que esta fuente representa la orquesta, ya que no se diferencia mucho de la realidad. Como en el caso anterior hemos realizado tres auralizaciones, una en cada fila de audiencia, y hemos comprobado que el sonido se escucha bastante bien en las dos primeras, en la última audiencia no se escucha tan bien pero nos parece que es aceptable, ya que para música la inteligibilidad no es tan importante.

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b) Receptores Para las simulaciones con ambos emisores (P1) hemos colocado el mismo número de receptores: tres en cada fila de audiencias, en total nueve receptores en toda la sala. Todos mirando directamente al emisor. El número que tiene cada receptor se puede ver en la siguiente figura.

Además de estos nueve receptores, para calcular el parámetro ST early hemos colocado un décimo receptor a 1 metro de la fuente emisora. 3.4.Importancia del jnd Dado que la sensación de los parámetros a evaluar es tan san subjetiva, en los resultados finales discriminaremos los valores con su jnd (just noticeable difference) correspondiente. El jnd se define como la mínima diferencia en una sensación que es perceptible por el ser humano. Esta variación mínima define qué grado de exactitud tendremos que usar para expresar los datos finales, ya que variaciones más pequeñas dentro de ese campo son imperceptibles por el ser humano. He aquí la tabla de los diferentes jnd’s.

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En el análisis de los parámetros que vamos a llevar a cabo en el siguiente apartado incluiremos los valores del jnd de cada uno. De este modo nos quitaremos valores decimales ‘inútiles’, es decir, únicamente daremos datos que realmente son perceptibles por el oído humano. 3.5.Simulaciones del auditorio Para obtener los distintos datos de nuestro auditorio hemos tenido que llevar a cabo varias simulaciones en diferentes condiciones y con diferentes configuraciones: a) Simulación direccional: la directividad de esta fuente es la propia de la voz. La hemos configurado como ‘multipoint’ para obtener los parámetros generales de todos los receptores, ya que no vamos a centrarnos mucho en esta simulación, únicamente nos va a servir para comprobar si la sala es apta para voz o para música. Hemos supuesto sala ocupada, ya que únicamente vamos a calcular el tiempo de reverberación con estos datos. b) Simulación omnidireccional: esta simulación pretende ‘imitar’ una banda de música sinfónica. o Sala ocupada: v Multipoint: a mayoría de los parámetros se obtienen de esta simulación. v Singlepoint: para obtener el ITDG (en nuestro caso no lo hemos analizado) o Sala vacía: v Multipoint: importante para calcular los parámetros Gmid, Glow, JLF y LJ. v Singlepoint: importante para calcular el IACC y el STearly.

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4. ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO: PARÁMETROS A continuación, viene el apartado más importante de nuestro análisis, en el que estudiaremos cada uno de los valores de los parámetros obtenidos en nuestra sala. Para dejar más claros valores obtenidos, los que estén dentro de los rangos adecuados preestablecidos se resaltarán con color verde y los que se encuentren fuera de dicho límite en rojo. 4.1. Calidad musical En esta apartado únicamente estudiaremos los parámetros que estén directamente relacionados con la música, es decir, los resultados obtenidos a partir de la simulación con fuente omnidireccional. Tr(s): Tiempo de reverberación El tiempo de reverberación indica el grado de reverberación o viveza de la sala. Si la energía acústica reflejada tarda mucho en hacerse inaudible, los nuevos sonidos se mezclarán con los anteriores, lo cual generará una mala inteligibilidad y por lo tanto un deficiente confort acústico. Se define Tiempo de Reverberación a una frecuencia determinada como el tiempo (en segundos) que transcurre desde el instante en el que la fuente cesa su emisión hasta el momento en el que el nivel de presión sonora desciende 60 dB respecto a su valor inicial.

𝐴"#" = Absorción total del recinto 𝑉 = Volumen del recinto El grado de absorción de un material se representa mediante el coeficiente de absorción (𝛼), que se define como la energía absorbida por dicho material y la energía incidente sobre el mismo (entre 0 y 1). El Tiempo de Reverberación que queremos analizar se corresponde con el parámetro T30 que obtenemos en la simulación con ODEON. El T30 se define como el valor que obtenemos al evaluar en la EDC (Curva de Caída Energética) el intervalo comprendido entre los 5 y los 35 dB por debajo del nivel inicial, y luego extrapolarlo a una caída de 60 dB.

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A continuación, se muestran los datos del parámetro T30 para la simulación con fuente omnidireccional: T30 (música) Receptores 1 Fila 1

Fila 2

2 3 4 5 6 7

Fila 3

8 9

Average Average (jnd = Rel. 5% s)

Frecuencias 500 1000 1,77 1,77

1,76 1,76

1,91 1,85

1,9 1,85

1,9 1,88

1,85 1,87

2,36 2,41

2,35 2,5

2,29 2,02

2,3 2,02

2

2

Las salas aptas para música deben tener unos tiempos de reverberación de entre 1,2 y 2 s. En nuestro caso hemos obtenido unos valores de entre 1,76 y 2,5 s, así que a lo que más se acerca nuestra sala es a una sala sinfónica (entre 1,8 y 2 s). Tenemos que tener en cuenta que el nivel máximo se aleja bastante del máximo recomendado, esto provocará zonas con demasiada viveza en nuestra sala. Si hacemos un estudio a partir de los valores de cada receptor vemos que los oyentes de las dos primeras filas de audiencias escucharán el sonido con una viveza óptima, mientras que los de la última audiencia comenzarán a escuchar la música con un nivel exagerado de viveza. En conclusión, según el tiempo de reverberación nuestra sala si es apta para la música, concretamente para la música sinfónica, aunque tenemos que tener en cuenta que en la última fila de audiencias la viveza va a ser bastante mayor de la recomendada. EDT(s): Early Decay Time (Tiempo de Caída Inicial) El EDT, al igual que el Tiempo de Reverberación, es otro parámetro relacionado con la viveza de la sala y que se obtiene a partir de la EDC. Se define como el tiempo que tardan en caer los primeros 10 dB de la EDC multiplicado por 6. Este parámetro surgió porque salas con igual reverberación eran juzgadas subjetivamente de manera diferente por el mismo público. A continuación se muestra una gráfica extraída de ODEON que nos proporciona los datos del EDT (máximo, mínimo, media, desviación estándar) de manera más clara y visual.

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La recomendación nos dice que los valores de EDT tienen que ser aproximadamente los mismos que los valores de los Tiempos de Reverberación en las bandas de 500 Hz y 1 KHz. A simple vista, en la gráfica anterior vemos que los valores de EDT llevan más o menos la dinámica del T30, pero para asegurarnos hemos realizado una tabla comparativa con ambos valores en las bandas de interés. En la siguiente tabla tenemos los datos de cada receptor: T30 Receptores 1 Fila 1 2 3 4 Fila 2 5 6 7 Fila 3 8 9 Average Average (jnd = Rel. 5% s)

500 Hz 1,77 1,77 1,91 1,85 1,9 1,88 2,36 2,41 2,29 2,02 2

EDT 1000 Hz 1,76 1,76 1,9 1,85 1,85 1,87 2,35 2,5 2,3 2,02 2

500 Hz 1,62 1,48 1,56 1,83 1,64 1,76 1,70 1,63 1,58 1,64 1,6

1000 Hz 1,59 1,46 1,54 1,80 1,68 1,75 1,62 1,62 1,56 1,62 1,6

T30 vs. EDT

3

2

1

0 1

2

T30 (500Hz) 3 4 EDT (500Hz)

5

T30 (1000Hz) 6 7 EDT (1000Hz)

8

9

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Observando la gráfica que compara el T30 y el EDT podemos concluir que en las dos primeras filas el grado de viveza viene determinado por el Tiempo de Reverberación, el EDT no aporta ninguna percepción subjetiva de viveza. Sin embargo, en la última fila los valores del T30 ...