PROPUESTA DE MEJORA DEL DESEMPEÑO ACÚSTICO DEL SALÓN CARIBE

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA

Y ELÉCTRICA

PROPUESTA DE MEJORA DEL DESEMPEÑO ACÚSTICO

DEL “SALÓN CARIBE”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN

COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA

DIEGO VÁZQUEZ AGUILAR

ASESORES:

ING. TRINIDAD ILHUICAMINA SERVÍN RIVAS

ING. MARCIAL MARGARITO SÁNCHEZ SÁNCHEZ

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[INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

AGRADECIMIENTOS.

A mis padres, María Eugenia Aguilar Contreras y Amado Vázquez Martínez, por todo su amor, su paciencia, y la confianza que siempre han depositado en mi. Todo lo que soy es gracias a ustedes, mis éxitos son también los suyos. Mi orgullo y mi mas grande ejemplo, los amo.

A mi hermana, quien siempre ha cuidado de mi y de quien yo he aprendido tanto. A mis abuelos, grande inspiración.

Al personal del “Salón Caribe”, encabezado por el C.P Pablo Manzanares Méndez, Gerente Administrativo. Al Señor Adán Chirinos Hernández, Coordinador de Eventos. Al Señor Jesús Lozada, Operador. De igual forma, hago extensivo mi agradecimiento a todo el personal que labora día a día en el salón, por sus detalles y atenciones, gracias.

A mis asesores, Ing. Trinidad Ilhuicamina Servín Rivas y al Ing. Marcial Margarito Sánchez Sánchez, por compartir su tiempo, sus conocimientos y por haber respaldado el proyecto desde el inicio. Así mismo, es menester brindar todo mi reconocimiento a los profesores que a lo largo de mi trayectoria escolar han impulsado mi andar con sus enseñanzas.

A la Ing. Laura Jimena Silva Moreno, pieza fundamental para la realización de este proyecto. Sin tu ayuda, nada de esto hubiera sido posible. Gracias por el tiempo y los momentos.

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ÍNDICE

OBJETIVO………...7

JUSTIFICACIÓN………..7

INTRODUCCIÓN...8

ANTECEDENTES………..………10

Capítulo I. MARCO TEÓRICO...12

1.1 Principios básicos del sonido...12

1.1.1 Sonido...12

1.1.2 Generación y propagación del sonido...12

1.1.3 Frecuencia del sonido...14

1.1.4 Banda de frecuencias...14

1.1.5 Longitud de onda del sonido...15

1.1.6 Nivel de presión acústica...16

1.1.7 Espectro acústico...17

1.1.8 Banda de octava...18

1.1.9 Ruido blanco y ruido rosa...19

1.1.10 Analizador de espectro por bandas de tercio de octava...20

1.2 Parámetros empleados para la evaluación de recintos...21

1.2.1 Tiempo de reverberación...21

1.2.2 Tiempo óptimo de reverberación...27

1.2.3 Inteligibilidad...28

1.2.4 Claridad...31

1.2.5 Definición……….32

1.2.6 EDT………..32

1.3 Acondicionamiento acústico...33

1.3.1 Absorción del sonido……….…………..………..…34

1.3.2 Absorción de los materiales utilizados en la construcción de las paredes y techo de un recinto...35

1.3.3 Materiales absorbentes………...35

1.3.4 Absorción del público y de las sillas...38

1.4 Aislamiento acústico...39

1.4.1 STC………..41

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Capítulo II. ANÁLISIS ACÚSTICO DEL ESTADO ACTUAL DEL SALÓN

CARIBE...46

2.1.1 Ubicación espacial del lugar...46

2.2 Levantamiento de las dimensiones...49

2.2.1 Desglose de áreas y volúmenes del salón...49

2.3 Cálculo del tiempo de reverberación...52

2.3.1 Resultados obtenidos...52

2.4 Tiempo de reverberación medido con un analizador de espectro Phonic PAA3...55

2.4.1 Descripción de zonas...55

2.4.2 Descripción del procedimiento de medición…...58

2.5 Tiempo de reverberación medido vía sistema asistido por computadora...64

2.5.1 Descripción del procedimiento de medición...64

2.6 Análisis de resultados...66

2.6.1 Determinación del tiempo de reverberación óptimo para el Salón Caribe……….68

2.6.2 Cálculo de inteligibilidad utilizando la pérdida de articulación de consonantes (%ALCons)…………...74

2.7 Resultados de parámetros acústicos complementarios obtenidos mediante el sistema asistido por computadora………...75

2.7.1 Sonogramas………77

2.8.1 Evaluación del aislamiento acústico...80

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Capítulo III. PROPUESTA DE MEJORA DE LAS CONDICIONES

ACÚSTICAS DEL LUGAR...84

3.1.1 Materiales propuestos…...85

3.1.2 Determinación del tiempo de reverberación con los materiales propuestos……….89

3.1.3 Cálculo de inteligibilidad utilizando la pérdida de articulación de consonantes (%ALCons)……….95

3.3 Presupuesto...99

Conclusiones...100

Referencias...102 84

84 85

89

95

96

99

100

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Objetivo.

Realizar un análisis de las condiciones acústicas en las que se encuentra el centro de entretenimiento denominado “Salón Caribe”, y formular una propuesta

de mejora en caso de ser necesario.

Justificación.

Tras realizar una serie de visitas al centro de entretenimiento denominado

“Salón Caribe”, se percibieron algunos problemas en ciertos parámetros acústicos, ya que se presume que el valor para el tiempo de reverberación es elevado, lo cual puede repercutir en la apreciación de la música y en falta de inteligibilidad del habla . Mediante un análisis se propone evaluar el desempeño acústico del Salón, así como la posible afectación a los vecinos en cuanto a la emisión de niveles de sonido elevados.

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INTRODUCCIÓN.

La elección de este tema tuvo que ver principalmente con las particularidades propias de un sitio tan peculiar como el que aquí se analiza. Lugares de gran tradición e historia que sin embargo parecieran perderse con el paso de los años, pero que a pesar del tiempo transcurrido, continúan siendo un fiel reflejo de nuestra sociedad.

Tras realizar algunas visitas como parte de la investigación, se optó por llevar a cabo este proyecto, mismo que en su inicio se puso en duda, principalmente por la falta de referencias al tema. Eso que se puso enfrente nuestro como un obstáculo, posteriormente fue un aliciente, dado que se vislumbró un panorama de acción en el cual se podría cimentar un precedente, se encontró la oportunidad de hacer algo que hasta ahora nadie había realizado.

La primera parte de este proyecto, consistió en realizar un levantamiento que pudiera darnos una visión real y verdadera de las condiciones materiales y de proporción al interior del inmueble. Para ello se realizaron mediciones de las dimensiones, así como un plano en 3D, el cual sirviera como modelo de referencia para sustentar los primeros cálculos. En estos primeros cálculos se incluyó un desglose de las superficies, sus dimensiones y los materiales que las constituyen. A partir de la información recabada, y haciendo uso de la ecuación de Sabine, se realizó una determinación del tiempo de reverberación por bandas de octava. Dicho cálculo del tiempo de reverberación representa el primer acercamiento a las condiciones actuales del inmueble.

Debido a la falta de certeza en algunos materiales incluidos en la construcción del salón, así como a la escasez de referencias confiables, en algunos casos se buscó aproximar lo conseguido en dichas referencias a lo observado en cuanto a los elementos que constituyen al inmueble.

El segundo análisis que se completó fue basado en la utilización de un analizador de espectro Phonic PAA3, el cual es uno de los principales elementos empleados a lo largo de la especialidad. Se utilizó en su modo de medidor del tiempo de reverberación. Su uso es relativamente sencillo, aunque tiene ciertas carencias en cuanto a su precisión y deja dudas respecto a su exactitud. De igual forma, su empleo brinda un mayor acercamiento en cuanto a las características y el comportamiento del Salón.

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Enseguida se realizó una investigación que pudiera arrojar información útil para la creación de un parámetro sobre el cual pudiera girar el resto del proyecto. Dicho parámetro, conocido con el nombre de tiempo de reverberación óptimo, significa una de los mayores aportaciones que de este trabajo se pretenden desprender. Es necesario decir que se exploró el uso de otros parámetros acústicos para evaluar el desempeño acústico del Salón.

En base a lo determinado en cuanto al tiempo de reverberación óptimo, y tomando como fundamento los resultados obtenidos a través del sistema asistido por computadora, se compararon los valores por bandas de octava entre lo medido y lo considerado óptimo, para posteriormente definir las acciones de mejora. En dichas acciones, se recurre nuevamente a un cálculo que permita predecir el comportamiento que deberá tener el recinto, a manera de que pueda cumplir con las condiciones previamente establecidas.

Como parte de las acciones de mejora, se optó por realizar un tratamiento al recinto basado en materiales. Se trabajó principalmente sobre el techo, debido a lo vasto de su superficie, agregándole paneles absorbentes de dos tipos, los cuales complementaban sus características generando con ello una reducción considerable del tiempo de reverberación. En lo referente al piso del inmueble, se realizó la propuesta de incluir una pista de madera en la parte central, la cual aporta cierta reducción en los tiempos de reverberación. Para darle un toque mas vistoso, pero que influye igualmente en la absorción, se trabajó con madera sobre algunas superficies del lugar.

De igual forma algo que se tomó en consideración, es lo relacionado con la absorción propia de las personas que asisten al salón. Su estimación se consideró para una ocupación mayor a la mitad de la superficie del recinto.

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ANTECEDENTES.

Todo comenzó en el año de 1990, con lo que se conoció como salones La Prensa, el salón se alojaba en el sexto piso del edifico donde actualmente todavía se localiza el periódico La Prensa, tenía un corte similar al que todavía hoy tiene, en cuanto al concepto del lugar se refiere, aunque no con el auge y la presencia que actualmente ostenta. A raíz de algunos movimientos telúricos que tuvieron lugar por aquellos años, se determinó que las condiciones en cuanto a estructura y seguridad no eran las apropiadas para la gente que frecuentaba el lugar, tras lo cual, se tomó la decisión de buscar un nuevo lugar que diera cabida a este negocio y que cumpliera cabalmente con los requerimientos necesarios en materia de seguridad y confort para la clientela del mismo.

De esta manera, y tras una larga búsqueda, se encontró el espacio que actualmente se tiene. El edificio hacia las veces de mueblería. Tras la remoción del antiguo inmueble, se dio paso a la creación del Salón Caribe en la colonia San Rafael.

Los actuales dueños del lugar realizaron labores de diseño así como parte de la reestructuración del lugar. Cabe resaltar la inversión así como la dedicación y el empeño de parte de los Arquitectos para llegar a lo que actualmente se tiene, ya que parte del diseño con que se empezó hace ya casi dieciséis años, ha sido retocado, adecuándolo a las necesidades de los intérpretes y principalmente la audiencia que visita el lugar.

El cambio en las sociedades se evidencia con el paso del tiempo, de esta misma manera los centros destinados a la diversión y el esparcimiento han tenido que adaptarse a las nuevas generaciones. El Salón Caribe no es la excepción, ya que actualmente abre sus puertas a un sin fin de artistas y espectáculos, sin importar el género y la audiencia a la que éstos se dirijan. A pesar de todos los cambios que se han realizado no solo en las instalaciones, sino también en la variedad de espectáculos que actualmente se presentan, la administración del lugar se ha cerciorado de que el espíritu que posee un lugar como este no quede de lado.

Actualmente, los salones de baile pueden tener muchas variantes y manejar un sinnúmero de ritmos, sin embargo, al ser lugares con historia y tradición, aún hoy cuentan con sellos característicos inherentes y distintivos, propios de un lugar que ostenta tal título.

Un punto neurálgico en un Salón de Baile es la música, principalmente la música viva. Hasta hoy se pueden mencionar dos vertientes principales, la música

“Matancera”, la cual hace referencia a la Sonora Matancera, originaria de Cuba y

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El lugar es visitado por una amplísima gama de personas, sin importar la clase socioeconómica, el estrato o cultura que se pueda tener, no obstante, los salones de baile se han caracterizado desde siempre por ser lugares de fácil acceso, sobre todo para las clases medias y bajas. Actualmente en el Salón Caribe predomina la asistencia de gente de nivel medio, las cuales asisten de forma regular. Es posible ver grupos de personas que se han cimentado en base a su asistencia al lugar, gente que a través del baile ha podido crear lazos afectivos con personas que tal vez de otro modo nunca hubiera conocido.

De esta forma, el Salón Caribe se ha posicionado como un lugar con un ambiente familiar, en el cual a pesar de la venta de alcohol, la clientela ha adoptado ciertos modos de conducta ideales para una sana diversión y que han generado una buena comunión entre el personal de lugar y los asistentes. La figura 1 nos permite ver el interior del Salón Caribe.

Figura 1. Interior del Salón Caribe.

El Salón Caribe cuenta con dos plantas, las cuales se ocupan dependiendo de los eventos programados, en la planta alta se presenta música tropical invariablemente, mientras que la parte baja es empleada para distintos géneros. Siendo la parte alta el espacio elegido para realizar este proyecto.

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CAPÍTULO I. MARCO TEÓRICO.

1.1 PRINCIPIOS BÁSICOS DEL SONIDO.

En este capítulo se plasman diferentes conceptos relacionados con el desarrollo de este proyecto, partiendo de las ideas básicas del sonido y temas afines, hasta puntos de índole mas específica. Toda la teoría referenciada en este capítulo tiene como finalidad el brindar un marco teórico a partir del cual podremos ubicarnos, así como para generar un posterior entendimiento en cuanto a ciertos parámetros acústicos, incluyendo su correcto uso y aplicación en la valoración de recintos.

1.1.1 Sonido.

El sonido se puede definir de formas muy diversas. De todas ellas, las más habituales son las siguientes:

➤_{Vibración mecánica que se propaga a través de un medio material elástico y}

denso (habitualmente el aire), y que es capaz de producir una sensación auditiva. De dicha definición se desprende que, a diferencia de la luz, el sonido no se propaga a través del vacío y, además, se asocia con el concepto de estímulo físico.

➤_{Sensación auditiva producida por una vibración de carácter mecánico que}

se propaga a través de un medio elástico y denso.

1.1.2 Generación y propagación del sonido.

El elemento generador del sonido se denomina fuente sonora (tambor, cuerda de un violín, cuerdas vocales, etc.). La generación del sonido tiene lugar cuando dicha fuente entra en vibración. Dicha vibración es transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la transmiten a nuevas partículas contiguas.

Las partículas no se desplazan con la perturbación, sino que simplemente oscilan alrededor de su posición de equilibrio. La manera en que la perturbación se traslada de un lugar a otro se denomina propagación de la onda sonora.

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Figura. 1.1.2 Zonas de compresión y dilatación de las partículas de aire en la propagación de una onda sonora.

  La oscilación de las partículas tiene lugar en la misma dirección que la de propagación de la onda. En este caso se habla de ondas sonoras longitudinales, en contraposición a las ondas electromagnéticas que son transversales (oscilación de la señal generadora perpendicular a la dirección de propagación de la onda).

La manera más habitual de expresar cuantitativamente la magnitud de un campo sonoro es mediante la presión sonora, o fuerza que ejercen las partículas de aire por unidad de superficie.

En la figura 1.1.2.1 se observa la evolución de la presión P_T, en función del tiempo, en un punto situado a una distancia cualquiera de la fuente sonora. Dicha presión se obtiene como suma de la presión atmosférica estática P₀_{y la presión} asociada a la onda sonora p.

Figura. 1.1.2.1 Evolución de la presión sonora Pt en función del tiempo en un punto cualquiera del espacio.

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1.1.3 Frecuencia del sonido (f).

El número de oscilaciones por segundo de la presión sonora p se denomina frecuencia (f) del sonido y se mide en hertzios (Hz) o ciclos por segundo (c/s).

Lógicamente, la frecuencia del sonido coincide con la frecuencia de la vibración mecánica que lo ha generado.

En la figura 1.1.3 se observan dos ejemplos de presión sonora p asociada a oscilaciones de diferente frecuencia.

Figura. 1.1.3 Ejemplos de oscilaciones de frecuencias 1 y 10 Hz.

1.1.4 Banda de frecuencias.

Las notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas frecuencias fundamentales de 27,5 Hz y 4.400 Hz, respectivamente. La primera corresponde a un sonido muy grave, mientras que la segunda va asociada a uno muy agudo. Por consiguiente, un sonido grave está caracterizado por una frecuencia baja, en tanto que uno agudo lo está por una frecuencia alta. El conjunto de frecuencias situado entre ambos extremos se denomina banda o margen de frecuencias del piano. Dicha definición es válida para cualquier fuente sonora.

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1.1.5 Longitud de onda del sonido.

Una vez definidos los conceptos fundamentales de frecuencia y velocidad de propagación del sonido, es preciso definir otro concepto básico que guarda una

estrecha relación con ambos: la longitud de onda del sonido (λ).

Se define como la distancia entre dos puntos consecutivos del campo sonoro que se hallan en el mismo estado de vibración en cualquier instante de tiempo. Por ejemplo, si en un instante dado se seleccionan dos puntos consecutivos del espacio donde los valores de presión son máximos, la longitud de onda es precisamente la distancia entre ambos puntos, lo cual se ejemplifica a través de la figura 1.1.5.

Figura. 1.1.5 Longitud de onda (λ) del sonido

La relación entre las tres magnitudes: frecuencia (f), velocidad de

propagación (c) y longitud de onda (λ), viene dada por la siguiente expresión:

λ = c/f Ecuación 1.

Según se observa, para cada frecuencia, la longitud de onda depende del medio de propagación, ya que es proporcional a la velocidad, y ésta varía para cada medio.

Por otro lado, se puede ver que la longitud de onda y la frecuencia son

inversamente proporcionales, es decir, cuanto mayor es f menor es λ, y viceversa. En la figura 1.1.5.1 se presenta un nomograma que relaciona λ con f,

suponiendo que el medio de propagación es el aire.

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1.1.6 Nivel de Presión Acústica (NPA).

La presión acústica constituye la manera más habitual de expresar la magnitud de un campo sonoro. La unidad de medida es el Newton/metro (N/m2) o Pascal (Pa).

En principio, el valor a considerar es la diferencia entre el valor fluctuante de la presión sonora total P_T_{y su valor de equilibrio P}₀. Debido a la variación de dicha magnitud con el tiempo, se utiliza como valor representativo su promedio temporal, que recibe el nombre de valor eficaz o r.m.s. (“root-mean-square”). Ahora bien, la

utilización de dicho valor eficaz da lugar a una serie de problemas cuyo origen se halla en el comportamiento del oído humano y que a continuación se exponen:

La gama de presiones a las que responde el oído, desde el valor umbral de audición hasta el que causa dolor, es extraordinariamente amplia. En concreto, la presión eficaz sonora más débil que puede ser detectada por una persona, a la frecuencia de 1 kHz, es de 2 x 10-5 _{Pa, mientras que el umbral de dolor tiene lugar} para una presión eficaz del orden de 100 Pa (milésima parte de la presión atmosférica estática P₀≈ 105_{Pa, equivalente a 1 atmósfera). En consecuencia, la} escala de presiones audibles cubre una gama dinámica de, aproximadamente, 1 a 5.000.000. Es obvio, pues, que la aplicación directa de una escala lineal conduciría al uso de números inmanejables.

Nuestro sistema auditivo no responde linealmente a los estímulos que recibe, sino que más bien lo hace de forma logarítmica. Por ejemplo, si la presión de un tono puro de 1 kHz se dobla, la sonoridad, o sensación subjetiva producida por el mismo, no llegará a ser el doble. De hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar la presión sonora por un factor de 3.16.

Por los dos motivos expuestos, resulta razonable y conveniente hacer uso de una escala logarítmica para representar la presión sonora. Dicha escala se expresa en valores relativos a un valor de referencia.

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[image:17.612.223.416.474.662.2]

Tabla 1.1.6 Representación de los niveles medios de presión sonora a 1m de distancia producidos por una persona hablando con diferentes intensidades de voz.

1.1.7 Espectro acústico.

El espectro visible de luz, tiene su contraparte en sonido en el espectro audible, que son el rango de frecuencias que se ubican dentro de los límites perceptivos del oído humano. No podemos ver la luz ultravioleta porque la frecuencia de su energía electromagnética es demasiado alta para que el ojo pueda percibirla. Ni podemos ver la luz de infrarrojo porque su frecuencia es demasiado baja. Existen además sonidos demasiado bajos (infrasonido) y de demasiado altos en frecuencia (ultrasonido) para que el oído los perciba.

La figura 1.1.7, muestra distintas formas de onda, las cuales caracterizan el número infinito de diversas formas de onda encontradas comúnmente en audio. Estas formas de onda se han fotografiado directamente de la pantalla de un osciloscopio de rayos catódicos.

Figura 1.1.7. La imagen nos muestra como una señal senoidal se ubica en una sola frecuencia, la señal cuadrada y triangular tienen diversos armónicos luego de la fundamental. La última señal pertenece a un ruido aleatorio, el cual tiene muchas

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A la derecha de cada fotografía se ubica el espectro de esa señal en particular. El espectro de esa señal indica cómo es que la energía se encuentra distribuida en frecuencia. En todas, excepto en la señal inferior de la figura 1.1.7, el rango audible del espectro fue buscado con un analizador de onda, el cual empleaba un filtro pasabanda muy excluyente con un ancho de solo 5 Hertz.

De esta forma, las concentraciones de energía fueron localizadas y medidas con un voltímetro electrónico.

Para una onda de sinusoidal ideal, toda la energía se concentra en una frecuencia. La onda sinusoidal producida por este generador de señal en particular, no es realmente una onda de seno pura. Ningún oscilador es perfecto y todos tienen cierto contenido armónico, pero en la exploración del espectro de ésta onda sinusoidal, los armónicos medidos eran demasiado bajos para poder desplegarse en la escala del gráfico de la figura 1.1.7.

Un vistazo a los espectros de las señales sinusoidal, triangular y cuadrada revela una concentración de energía en frecuencias armónicas, pero nada en medio. Éstas son las denominadas ondas periódicas, las cuales se repiten así misma ciclo tras ciclo. La cuarta imagen en la figura 1.1.7 es un ejemplo del espectro de una señal de ruido aleatorio, la cual se mide con un sistema mas complejo.

1.1.8 Banda de octava.

Ingenieros en Audio, Electrónica y Acústica frecuentemente emplean el termino del múltiple integrador de armónicos, relacionándolo muy de cerca al aspecto físico del sonido. Los músicos, repetidamente hacen referencia a la octava, un concepto logarítmico que está fuertemente arraigado dentro de las escalas musicales y todas sus terminologías, principalmente por su estrecha relación con las características que guarda el oído humano.

Las personas involucradas en el mundo del audio, están de igual manera envueltas en lo concerniente al oído humano, por lo tanto, es muy común el uso de escalas logarítmicas para frecuencia, unidades de medición logarítmica y muchos dispositivos basados en octavas. La figura 1.1.8 representa de forma gráfica lo mencionado previamente

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1.1.9 Ruido blanco y ruido rosa.

El ruido blanco tiene una distribución plana de energía en términos de la frecuencia.

El ruido rosa es un tipo de ruido que tiene una mayor acumulación de energía en las bajas frecuencias. De hecho, el ruido rosa ha sido identificado principalmente como un ruido que exhibe mucha energía en la región de bajas

frecuencias con una específica cuesta abajo de tres dB’s por octava. Existe una

razón a éste peculiar comportamiento.

La utilización de éste par de términos tiene que ver con el hecho de que existen dos tipos de analizadores de espectro en el uso común.

El primero es el analizador de ancho de banda constante, el cual tiene una banda útil de ancho predispuesto como si fuera adaptado por el espectro. Si el ruido blanco, con su espectro plano fuera medido con un analizador de ancho de banda constante, otro espectro plano resultaría puesto que el ancho de banda fijo mediría una energía constante en la banda mostrada en la figura 1.1.9.

Otro analizador de espectro igualmente popular es el analizador con porcentaje de ancho de banda constante. En este instrumento, el ancho de banda cambia junto con la frecuencia. Un ejemplo de este tipo de analizadores es el analizador por tercios de octava, el cual es utilizado principalmente por que su ancho de banda simula razonablemente bien el ancho de banda crítico del oído humano a través del rango de frecuencias audibles.

Figura 1.1.9. A) Espectro del ruido medido con un analizador de onda de ancho de banda fijo. B) Espectro del ruido medido con un analizador cuyo ancho de banda

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1.1.10 Analizador de espectro por bandas de tercio de octava.

Su uso se ha ido popularizando en los últimos años ayudado por el desarrollo de equipos cada ves más sencillos y de menor costo. Sobre todo los analizadores de octavas han dejado de ser instrumentos de laboratorios, de los que solamente se tenía conocimiento teórico y a los que no se podía ver en la práctica, por existir

en contados “santuarios”. La popularización llegó al extremo, al aparecer en el

mercado juegos de filtros, los que se pueden adosar al medidor de nivel sonoro, convirtiéndolo en analizador de octavas. Un ejemplo de este tipo de instrumentos es el analizador de espectro Phonic PAA3, el cual es ampliamente usado y que se puede observar en la figura 1.1.10.

Figura 1.1.10 Analizador de espectro por bandas de tercio de octava, Phonic PAA3.

Es que por otra parte, el analizador de espectro consiste básicamente en un equipo muy similar al medidor, con el aditamento de un juego de filtros (de octavas a de tercios). Un control central, permite la selección manual o automática de la banda que se desea analizar.

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1.2 PARÁMETROS EMPLEADOS PARA LA EVALUACIÓN DE RECINTOS.

Es necesario identificar algunos parámetros empleados en la valoración de un recinto, dichos parámetros generan una idea respecto a las características acústicas de un lugar. A partir de estos parámetros se dará un sustento a los inconvenientes que previamente y de manera subjetiva se han localizado al interior del Salón Caribe.

1.2.1 Tiempo de reverberación.

El tiempo de reverberación T, se define como el tiempo expresado en segundos que sería requerido para que el nivel de presión acústica disminuya en 60 decibeles, a una razón de decaimiento dada por la regresión lineal de mínimos cuadrados de la curva de decaimiento medida a partir de un nivel 5 dB abajo del nivel inicial hasta 35 dB más abajo.

El proceso de disminución de la energía en el recinto se conoce como reverberación, y la duración del eco, o sea el tiempo que la señal necesita para reducirse hasta el umbral de audición, se conoce como tiempo de reverberación.

Observando la interferencia originada por el sonido al disminuir, el tiempo de reverberación se usa en la teoría estadística como un factor que facilita la evaluación de las propiedades acústicas de un recinto. Lo anterior se ve reflejado en la figura 1.2.1.

Figura 1.2.1 Gráfico de percepción auditiva del proceso de crecimiento y decrecimiento de sonido en un recinto.

Se denomina tiempo de reverberación normalizado T, según propuso W.C. Sabine, al tiempo empleado por la energía sonora en un recinto para disminuir a 10-6 veces su valor original (una disminución en el nivel de energía de 60 dB), lo cual queda de manifiesto en la figura 1.2.1.1. De acuerdo con la definición de tiempo de reverberación normalizado tenemos que cuando t = T,

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[image:22.612.218.395.87.199.2]

Figura 1.2.1.1 Gráfico de crecimiento y decrecimiento de impulsos en un recinto.

Podemos escribir,

Ecuación 3. donde la constante de decrecimiento D en dB/s estará dada por,

Ecuación 4. e igualando ecuaciones,

Ecuación 5. si en esta expresión tomamos logaritmos decimales,

-6 = -( δ1 + - m c ) T lg e Ecuación 6. y de aquí obtenemos el tiempo de reverberación normalizado,

Ecuación 7.

e introduciendo el valor δ1 podemos poner:

Ecuación 8. Si se calcula el valor numérico, expresando todos los factores en el sistema métrico, podemos escribir:

Ecuación 9. 0,161 es el valor de la constante para una temperatura de 20ºC. Ésta es la fórmula expresada por Eyring de quien toma el nombre. Si en la expresión se da a m su

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[image:23.612.228.388.89.240.2]

Figura 1.2.1.2. Dependencia del tiempo de decrecimiento en el aire TO en función de la frecuencia.

Las pérdidas de energía sonora en el aire, tienen influencia en el proceso de decrecimiento del sonido, y en el tiempo de reverberación sólo a altas frecuencias, de 2.000-4.000 Hz, la influencia se hace apreciable. Esta conclusión se confirma mediante las gráficas experimentales de la dependencia de m con la humedad relativa del aire, dibujadas para varias frecuencias según se puede ver en la figura 2.2.1.3, en donde se puede apreciar que el coeficiente de absorción de energía sonora en el aire a una frecuencia de 1.000 Hz o incluso de 2.000 Hz, con humedad de 50-80% es tan pequeño que el segundo término en el denominador de la anterior expresión, se hace insignificante frente al primer término, especialmente en recintos pequeños.

En estos recintos y para frecuencias menores a 4.000 Hz, se puede despreciar el término 4 m V, por lo que podemos poner,

Ecuación 10. o pasando a logaritmos decimales,

Ecuación 11. donde A = -S ln (1-α) y

Ecuación 12. (sólo si las superficies tienen una absorción aproximada).

El factor 4 m V no se puede despreciar en recintos que tienen un gran

volumen (V ≥ 5.000 m3) a frecuencias de 2.000 a 4.000 Hz. A medida que aumenta la frecuencia, la absorción en el aire se hace más grande, fenómeno apreciable en la figura 1.2.1.3, tanto en valor absoluto, como frente al primer término de la

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[image:24.612.213.405.186.340.2]

es posible controlar el tiempo de reverberación mediante la absorción total de las superficies interiores del recinto, por otro lado, este tiempo se hace tan pequeño, que no afecta a la calidad sonora del recinto, por lo que no tiene sentido controlarlo. En condiciones prácticas, sin embargo, el cálculo del tiempo de reverberación se restringe a frecuencias por debajo de los 4.000 Hz, como lo permite ver la figura 1.2.1.3.

Figura 1.2.1.3. Dependencia del coeficiente de atenuación de energía sonora en el aire (m) en función de la humedad relativa.

Una desventaja de la fórmula de Eyring, es que sólo es válida para recintos

que tengan valores de α muy próximos para todas las superficies límites. La teoría

de Millington y Sette conduce a otra expresión del tiempo de reverberación:

Ecuación 13. donde Si es el área del material iésimo, y αi es el coeficiente de absorción del material iésimo, siendo ahora

. Ecuación 14. Cuando la variedad de materiales en el recinto es muy grande, y la diferencia entre los valores de los coeficientes de absorción también, la mayor aproximación al tiempo de reverberación se obtiene empleando la fórmula de Millington y Sette, que puede obtenerse sustituyendo el coeficiente de absorción efectivo

Ecuación 15. en la fórmula de Sabine. La fórmula de Millington y Sette indica que para materiales muy absorbentes, la influencia en el tiempo de reverberación es más

efectiva de lo que podría suponerse de su coeficiente de absorción αi. Por ejemplo, cuando el coeficiente de absorción de un material es mayor que 0,63, entonces el

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La expresión del tiempo de reverberación según Eyring puede transformarse de nuevo si tenemos en cuenta que,

Ecuación 16.

puede obtenerse mediante cálculos prácticos que si α ≤ 0,3, el denominador de la

expresión original puede reemplazarse con un buen grado de aproximación por los dos primeros términos de la serie, y si α ≤ 0,2 es suficiente con el primer término

del desarrollo. En este caso la expresión toma la forma,

Ecuación 17. Mediante esta expresión W.C. Sabine presentó por primera vez el tiempo de reverberación en 1896, por lo que se denomina fórmula de Sabine. Está claro que un análisis de los procesos sonoros en un recinto, considerando la absorción de energía continua, sólo es válido para recintos que tengan un coeficiente de absorción medio que no exceda a 0,2.

Como vemos para recintos reverberantes con una distribución uniforme del material absorbente, la fórmula de Sabine, da una buena indicación de la conducta esperada del sonido en el recinto. A medida que el recinto se vuelve más y más absorbente, los resultados obtenidos utilizando la fórmula de Sabine se vuelven

más y más inexactos. En el caso extremo de un recinto anecoico (α= l), el tiempo

de reverberación es cero, ya que un campo reverberante no puede existir en estas condiciones, sin embargo, aplicando la fórmula de Sabine nos da un valor finito, por tanto es aplicable en estos casos, según vimos anteriormente.

La constante de decrecimiento en este caso será:

Ecuación 18. Por lo que el tiempo de reverberación se podrá escribir también,

Ecuación 19.

donde A se da en m2, V en m3 y c = 343 m/s.

Todas las expresiones anteriores se han obtenido a partir de unos supuestos que desde el punto de vista práctico pueden no ser siempre aceptables. En efecto, cuando un recinto tiene superficies no uniformes, la distribución en las ondas deja de ser uniforme.

(26)

partes de las superficies absorbentes permanezca constante, donde quiera que se coloquen las superficies. Por otra parte, si la posición de la fuente en el recinto se cambia, el orden de las reflexiones cambiará también, mientras que el método de promedios no considera la interrelación real de las condiciones acústicas en el recinto y la posición en él de la fuente.

Todo esto indica la necesidad de una aproximación critica de los cálculos hechos de acuerdo con las fórmulas obtenidas a partir de la teoría estadística, así como que el tiempo de reverberación no es un criterio suficiente para evaluar las propiedades acústicas de un recinto.

Todo lo anterior lo podemos resumir de la siguiente forma:

1. El tiempo de reverberación depende del volumen del recinto, de las áreas de sus superficies interiores y de sus coeficientes medios de absorción, también depende de la absorción producida por el aire contenido en el interior del recinto, así como de la forma del recinto y de las posiciones de la fuente sonora y de los materiales absorbentes.

2. El tiempo de reverberación de un recinto no es constante para todas las frecuencias, ya que la absorción sonora tanto en el aire como en las superficies interiores depende de la frecuencia.

3. Con fines prácticos, basta con hacer los cálculos del tiempo de reverberación para frecuencias inferiores a 4.000 Hz.

4. En el cálculo del tiempo de reverberación para recintos pequeños, las pérdidas de energía sonora en el aire pueden despreciarse.

5. La absorción de energía sonora en el aire debe tenerse en cuenta para el cálculo del tiempo de reverberación de un recinto grande (V>5.000 m3), pero sólo para frecuencias de 2.000 a 4.000 Hz, empleando la expresión del tiempo de reverberación de Eyring).

6. El cálculo del tiempo de reverberación puede simplificarse, si el coeficiente medio de absorción del recinto no es superior a 0,2.

(27)

1.2.2 Tiempo óptimo de reverberación.

La duración de la reverberación tiene un efecto considerable en la calidad del sonido en un recinto. La pregunta que se nos plantea es cómo conocer un tiempo de reverberación que proporcione la mejor calidad de sonido en un recinto de cualquier volumen.

La figura 1.2.2 muestra que la interferencia debida a los procesos de reverberación para la palabra, puede evitarse reduciendo considerablemente el tiempo de reverberación. Sin embargo al hacer esto, el incremento de claridad de la palabra se acompaña de unos saltos o vacíos desagradables, debido a que la claridad del sonido percibido se empobrece.

Figura 1.2.2 Efecto de atenuación de las señales para tiempos de reverberación de 1 y 2 segundos.

Con música, un tiempo de reverberación largo, produce excesiva confusión, mientras que un tiempo de reverberación corto, empeora la calidad tonal del sonido. Tanto los tiempos de reverberación largos como los cortos, tienen malos efectos sobre la calidad del sonido, por lo que es lógico suponer que deberá existir un valor intermedio del tiempo de reverberación que dé la mejor calidad del sonido, éste se conoce como tiempo óptimo de reverberación, pudiendo determinarse solamente por medios experimentales. La experiencia ha demostrado que el tiempo óptimo de reverberación tiene diferentes valores dependiendo:

1º) Del uso para el que el recinto se ha proyectado. 2º) De sus dimensiones (volumen).

3º) De la naturaleza de la fuente sonora. 4º) Del tipo de obra musical.

(28)

1.2.3 Inteligibilidad.

Aparte del perjuicio que representa para la inteligibilidad de la palabra la existencia de eco o de eco flotante en una sala, la comprensión de un mensaje oral depende fundamentalmente de la correcta percepción de sus consonantes.

A principios de la década de los años 70, el investigador holandés V.M.A. Peutz llevó a cabo un exhaustivo trabajo a partir del cual estableció una fórmula para el cálculo de la inteligibilidad.

El trabajo se dividió en dos partes perfectamente diferenciadas: la primera consistió en realizar una serie de pruebas de audiencia en diferentes recintos basadas en la emisión de un conjunto preestablecido de “logatomos” (palabras sin

significado formadas por: consonante- vocal-consonante). Cada individuo receptor tomaba nota de lo que escuchaba y, posteriormente, se procesaba toda la información recogida y se establecía una estadística de los resultados obtenidos. Si, por ejemplo, el porcentaje medio de logatomos detectados correctamente en uno de los recintos era de un 85%, entonces se consideraba que la pérdida de información era de un 15%. Como dicha pérdida se asociaba a una percepción incorrecta de las consonantes, Peutz la denominó: % de Pérdida de Articulación

de Consonantes, o lo que es lo mismo, %ALCons (“Articulation Loss of Consonants”). En el ejemplo anterior, se tendría un %ALCons de un 15%. Huelga

decir que, al tratarse de un parámetro indicativo de una pérdida, cuanto mayor sea, peor será el grado de inteligibilidad existente.

La segunda parte del trabajo consistió en encontrar una ley matemática que, a partir del conocimiento de una serie de parámetros acústicos del recinto en estudio, permitiese hallar el valor de %ALCons en cada punto del mismo, sin necesidad de tener que realizar las laboriosas pruebas de audiencia. Lógicamente, una vez establecida dicha ley, sería posible predecir la inteligibilidad de la palabra en cualquier punto de un recinto todavía por construir.

Haciendo uso de la teoría acústica estadística, Peutz dedujo que el valor de %ALCons en un punto dado se podía determinar, simplemente, a partir del conocimiento del tiempo de reverberación RT y de la diferencia entre los niveles de presión sonora de campo directo LD y de campo reverberante LR en dicho punto.

(29)

[image:29.612.225.388.93.273.2]

Figura 1.2.3. Relación entre el tiempo de reverberación, el nivel de presión sonora en campo directo y en campo reverberante y el valor de %ALCons.

Para el cálculo de LD-LR se emplea la ecuación 20.

Ecuación 20

Como tanto RT como R dependen del coeficiente medio de absorción α–_{, su}

conocimiento, junto con el del volumen V y el de la superficie total St permiten calcular los valores de RT y de LD-LR.

A nivel práctico, se suele elegir para el cálculo el valor de α correspondiente

a la banda de 2 kHz, por ser la de máxima contribución a la inteligibilidad de la palabra.  De la observación de la figura anterior se desprende lo siguiente:

 Cuanto más cerca esté situado el receptor de la fuente sonora (LD-LR mayor), menor será el valor de %ALCons, es decir, mayor inteligibilidad.  Cuanto menor sea el RT, igualmente menor será el %ALCons, es decir,

mayor inteligibilidad.

 El valor de %ALCons va aumentando a medida que el receptor se aleja de la fuente, hasta una distancia: r = 3,16 DC . Para distancias r > 3,16 DC , equivalentes a (LD-LR) < -10 dB, el valor de %ALCons tiende a ser constante. Ello significa que, a partir de dicha distancia, la inteligibilidad de la palabra ya no empeora.

Cálculo

comprensión percepción

década años holandés vó

leció fór cálculo

vidió consistió

emisión “logatomos”

mación lecía estadística

pérdida mación

pérdida percepción

denominó: Pérdida ticulación

(“ Consonants”). tendría

parámetro

pérdi-será

consistió matemática

parámetros acústicos

Lógicamente, sería

vía

teoría acústica estadística, podía erberación presión cuestión, ráf á fór BÁSICOS R T (s ) 0,63 0,10 1,00 1,60 2,30 4,00 6,30 10,0 % A lC on s L 10 50 15 20 5 1 30 40 4 3 2 0 -2 2 4

6 -4 -6 -8 -10 -12 D- LR(dB)

ó

(30)

Alternativamente, en lugar de utilizar la gráfica y el cálculo anteriores, es posible utilizar la ecuación 21.

Ecuación 21

Ecuación 22

donde:

Ecuación 23

Ecuación 24

En la tabla 1.2.3.1 encontramos la valoración subjetiva para los valores de %ALCons, la cual nos deja ver de forma clara como se habrá de evaluar este parámetro en el posterior desarrollo del proyecto.

Tabla 1.2.3.1 Valoración subjetiva para los valores de %ALCons.

Valoración subjetiva %ALCONS

Excelente %

Buena

Aceptable

Pobre

(31)

31

1.2.4 Claridad.

El factor de claridad, que es la razón entre la parte útil de la energía reflejada, a toda la energía que contiene el recinto, dado por,

Ecuación 25 Las medidas de C ofrecen varias maneras para evaluar la función electroacústica de un recinto y su sistema de altavoces.

La claridad C80 es un parámetro análogo al de la definición, pero más indicado para caracterizar la calidad de la música en una sala de conciertos. Fue introducido por Reichrt en 1975, y en él se considera beneficiosa la energía que llega en los primeros 80 ms, y perjudicial la posterior, se calcula mediante la ecuación 26.

Ecuación 26 Beranek recomienda para la sala vacía que el valor medio de los C80

correspondientes a las bandas de 500 Hz, 1KHz y 2KHz (denominado “music average”) se sitúe preferentemente entre:

En la ecuación 27 podemos observar la manera en que se ha de calcular el

“music average”

Ecuación 27 C80 es frecuentemente denominada razón de claridad, se usa un tiempo de corte de 80 ms para predecir la claridad de diferentes tipos de música.

El índice C50 se define de forma análoga al C80 pero cambiando el límite temporal de integración del numerador de la ecuación a 50 ms, se emplea para determinar la inteligibilidad de la palabra. En este caso facilita el valor antes y después de 50 ms; es análogo al valor del índice Alcons con un tiempo de corte de 50 ms. Un valor de 0 dB en un recinto con un tiempo de reverberación normal representa una buena inteligibilidad. En recintos con un tiempo de reverberación mayor que el normal, se puede considerar bueno un valor de este índice alrededor de - 5 dB.

Los valores del parámetro C50 deberán situarse por encima de los 0 dB para evitar que la inteligibilidad de las sílabas se decremente por debajo del 80%.

“music erage”:

C80(500 Hz) + C80(1 kHz) + C80(2 kHz)

C80(“music average”) = (en dB)

3

gía

teórica

–

teórica

además erberación ó disminución presión

– DISEÑO CÚSTICO UITECTÓNICOS

(32)

PROPUESTA DE MEJORA DEL DESEMPEÑO ACÚSTICO DEL SALÓN CARIBE

DIEGO VÁZQUEZ AGUILAR

1.2.5 Definición.

Proporciona en % la relación entre la energía recibida en los primeros 50 ms, y la energía total que constituye la respuesta impulsiva, suponiendo que la primera es beneficiosa para la inteligibilidad. Fue definido por primera vez por Thiele en 1973, mediante la ecuación 28.

Ecuación 28 donde p(t) es la respuesta a una señal impulsiva y t=0 coincide con la llegada del sonido directo al punto de observación. Los resultados pueden darse en banda ancha o en bandas de octava, previo filtrado de la respuesta al impulso.

Para asegurar una buena inteligibilidad se recomienda que sus valores se encuentren en el siguiente intervalo:

1.2.6 EDT.

De sus siglas en inglés “Early Decay Time”, que se traduce como tiempo de decaimiento inicial, se define como seis veces el tiempo que transcurre desde que el foco emisor deja de radiar hasta que el nivel de presión acústica cae 10 dB, este parámetro varía en función de la frecuencia. Este parámetro se puede ejemplificar con lo mostrado en la figura 1.2.6.

Figura 1.2.6. Que ejemplifica la relación entre EDT y RT.

El EDT está más relacionado con la impresión subjetiva de viveza que el TR, utilizado tradicionalmente. Esto significa que, en todos aquellos puntos de una sala con un EDT significativamente menor que el TR, la sala resultará, desde un punto de vista subjetivo, más apagada de lo que se deduciría del valor del TR.

Con objeto de garantizar una buena difusión del sonido en una sala ocupada, es preciso que el valor medio de los EDT correspondientes a las bandas de 500Hz y 1KHz sea del mismo orden que TRmid..

donde:

gía

gún (“Reflecti e”)

í “ ”

gía

cálculo efectúa

inición

gún inición alemán “Deutlichkeit”) relación gía

gía

relación parámetro

Relación

gún relación (“Earl Ratio”) relación gía

gía

parámetro

APÉNDICE

gía

D =

ò p2_(t)dt 0,05

0

ò p2_(t)dt

¥ 0 – é mó-inición, relación erberación será,

pérdida gía vés

fricción tículas. absorción también

electrónico icación

“Ear ime”

presión

aría función

gún teórico gía

olución línea

garítmica.

produciría

hipoté-sión

geometría

distribución génea

í práctica,

gético DISEÑO CÚSTICO UITECTÓNICOS

(33)

1.3 ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO.

Como se ha podido comprobar por lo expuesto anteriormente, un recinto es un elemento que juega un papel importante en el campo sonoro que una fuente crea en su interior, influyendo sobre la señal que se propaga a través de él:

1. Acompañando a la señal básica, con unas reflexiones que pueden tomar la forma de eco, alterando su estructura en el tiempo.

2. Alterando su color de tono, al introducir cambios en su espectro de frecuencia. 3. Incrementando su nivel de presión sonora, mediante la energía de las

reflexiones.

4. Creando diferentes condiciones de recepción en los diferentes puntos del recinto.

Los cambios que un campo sonoro experimenta, si la fuente sonora está situada en un espacio abierto o si se encuentra en el interior de un recinto, pueden ser tanto útiles como perjudiciales, desde el punto de vista de percepción auditiva. La prolongación que acompaña a cada impulso de una señal sonora irregular (palabra, música, etc), puede ser útil siempre que su duración sea la correcta, escuchándose la palabra con más claridad y la música con más animación. Si la prolongación es grande, la palabra es ininteligible y la música pierde musicalidad, por lo que la audición se empeora, al tener una calidad inferior. El énfasis de unas frecuencias frente a otras, produce un cambio en el timbre de la señal originada por la fuente.

Por todo lo expuesto anteriormente, se deduce que es necesario un cuidadoso estudio del campo sonoro creado en un recinto por fuentes, con el fin de determinar bajo qué condiciones, ciertos cambios producidos por un recinto en la señal básica, son útiles o perjudiciales, así como determinar qué factores tienen influencia sobre la calidad de la palabra y de la música. Cuando se conecta una fuente sonora en un recinto, como consecuencia de las reflexiones, existe un crecimiento gradual de la energía, cesando posteriormente el aumento después de cierto tiempo, alcanzando la energía en el recinto un valor constante.

Si una vez alcanzado este valor, la fuente deja de emitir, el sonido que recibe el observador no desaparece inmediatamente. Un corto tiempo después de que la fuente ha dejado de emitir, desaparece la onda directa y el observador recibe la energía de la primera onda reflejada, después la segunda, tercera, etc, ondas reflejadas y así sucesivamente, siendo la energía de estas ondas cada vez más pequeña. Después de un cierto intervalo de tiempo, la energía de las ondas que llegan al observador, ha disminuido tanto, que el oído no puede percibirlas y el sonido desaparece.

(34)

desconectada la fuente sonora, recibe el nombre de reverberación, y el tiempo que la señal sonora necesita para reducirse hasta el umbral de audición, se conoce como tiempo de reverberación.

El recinto es un elemento que juega un papel importante en el proceso de radiación y recepción del sonido, teniendo además una influencia significativa sobre la calidad del mismo. Los cambios que un campo sonoro experimenta, si la fuente está situada en un espacio ilimitado o si se encuentra en el interior de un recinto, pueden ser útiles y perjudiciales a la vez, desde el punto de vista de percepción auditiva. La reverberación que acompaña a cada impulso de una señal irregular (palabra o música), puede ser útil siempre que la duración sea la debida, escuchándose la palabra mas clara y la música más animada, debido al encadenamiento entre los sucesivos tonos musicales. Si la reverberación es muy grande, la palabra es menos inteligible, y en la música se produce un solapamiento entre las notas musicales, por lo que la audición se empeora, al tener menos calidad. El énfasis de algunos modos propios frente a otros del recinto, produce un cambio en el timbre de la señal básica de la fuente, originando un efecto adverso sobre la recepción de la palabra y la música.

El éxito en el diseño acústico de cualquier tipo de recinto, una vez fijado su volumen y definidas sus formas, radica en primer lugar en la elección de los materiales más adecuados para utilizar como revestimientos del mismo con objeto de obtener unos tiempos de reverberación óptimos.

1.3.1 Absorción del sonido.

En un recinto cualquiera, la reducción de la energía asociada a las ondas sonoras, tanto en su propagación a través del aire como cuando inciden sobre sus superficies límite, es determinante en la calidad acústica final del mismo.

  Básicamente, dicha reducción de energía, en orden de mayor a menor importancia, es debida a una absorción producida por:

 El público y las sillas.

 Los materiales absorbentes y/o los absorbentes selectivos (resonadores), expresamente   colocados sobre determinadas zonas a modo de revestimientos del recinto.

 Todas aquellas superficies límite de la sala susceptibles de entrar en vibración (como,   por ejemplo, puertas, ventanas y paredes separadoras ligeras).

 El aire.

(35)

1.3.2 Absorción de los materiales utilizados en la construcción de las paredes y techo de un recinto.

Dichos materiales, por regla general muy rígidos y con porosidad nula, dan lugar a una mínima absorción del sonido. Si bien, desde un punto de vista físico, la disipación de energía en forma de calor, y por tanto la absorción del sonido, se produce en las capas de aire adyacentes a cada una de las superficies consideradas, a efectos prácticos, dicho fenómeno habitualmente se representa en forma de coeficientes de absorción asignados a dichas superficies.

Su efecto es únicamente apreciable cuando no existe ningún material absorbente en el recinto, ya sea en forma de revestimiento de alguna de sus superficies, o bien de público presente en el mismo. Es el caso, por ejemplo, de las mencionadas cámaras reverberantes, especialmente diseñadas para obtener tiempos de reverberación muy altos.

1.3.3 Materiales absorbentes.

La absorción que sufren las ondas sonoras cuando inciden sobre los distintos materiales absorbentes utilizados como revestimientos de las superficies límite del recinto, así como su dependencia en función de la frecuencia, varían considerablemente de un material a otro. En consecuencia, la correcta elección de los mismos permitirá obtener, en cada caso, la absorción más adecuada en todas las bandas de frecuencias de interés.

Según se ha comentado, existen dos tipos genéricos de elementos específicamente diseñados para producir una determinada absorción: los simplemente denominados materiales absorbentes, descritos en este apartado, y los llamados absorbentes selectivos o resonadores.

En ambos casos, cuando la absorción en una o más bandas de frecuencias

es muy elevada, puede ocurrir que el coeficiente de absorción medido αSAB sea superior a 1. Ello no debe conducir a la interpretación totalmente errónea y carente de sentido desde un punto de vista físico de que la energía absorbida en dichas bandas es mayor que la energía incidente. La justificación proviene de la existencia de un efecto de difracción que hace que la superficie efectiva de la muestra de material utilizada para la medida sea mayor que la superficie real.

Los materiales absorbentes se utilizan generalmente para conseguir uno de los siguientes objetivos:

 Obtención de los tiempos de reverberación más adecuados en función de la actividad (o actividades) a la cual se haya previsto destinar el espacio objeto de diseño.

 Prevención o eliminación de ecos.

(36)

  Estos materiales presentan un gran número de canales a través de los cuales la onda sonora puede penetrar. La disipación de energía en forma de calor se produce cuando la onda entra en contacto con las paredes de dichos canales. Cuanto mayor sea el número de canales, mayor será la absorción producida. El

correspondiente coeficiente de absorción α es asignado a la superficie del

[image:36.612.224.375.204.364.2]

material. En la figura 1.3.3 se representa dicho proceso de forma gráfica y simplificada. Se parte de un material poroso y homogéneo, situado delante de una pared rígida.

Figura 1.3.3 Proceso de disipación de energía en el interior de un material poroso situado delante de una pared rígida.

La onda sonora incidente es parcialmente reflejada. La energía sonora no reflejada penetra en el material, se atenúa y alcanza de nuevo su superficie después de reflejarse en la pared rígida posterior. La energía remanente se divide, nuevamente, en una parte que atraviesa la superficie del material y otra que vuelve a la pared posterior a través del material. Desde un punto de vista teórico, este proceso continúa indefinidamente. Esta explicación cualitativa sirve para demostrar que la onda sonora reflejada por el material puede imaginarse como compuesta por un número ilimitado de componentes sucesivas, cada una más débil que la precedente a causa de la considerable atenuación que tiene lugar en el interior del material.

(37)

 Lana de vidrio

Figura 1.3.3.1 Material absorbente a base de lana de vidrio.

 Lana mineral

Figura 1.3.3.2 Material absorbente a base de lana mineral.

 Espuma a base de resina de melanina.

Figura 1.3.3.3 Material absorbente a base de espuma de resina de melamina.

 Espuma de poliuretano

(38)

38

1.3.4 Absorción del público y las sillas.

El grado de reverberación asociado a un recinto cualquiera viene principalmente determinado por los materiales absorbentes utilizados como revestimientos de sus superficies así como, y de forma muy notoria, por la absorción producida por el público y las sillas existentes.

Si se considera que el público se halla más o menos disperso, como es el caso de los usuarios de un polideportivo o de una estación de ferrocarril, en lugar

de hacer uso del coeficiente de absorción unitario α (es decir, absorción por m2_), se suele utilizar la absorción por persona App (en sabins). En tal caso, la absorción total del público Ap es:

Ecuación 30

donde:  N = número de personas

App = absorción de una persona, de pie o sentada (en sabins).

La absorción total Atot del recinto considerado se obtiene sumando este término con la absorción producida por sus superficies límite:

Ecuación 31

donde:  _{∑ = símbolo de sumatorio,}  _Si _{= superficie “i”,}   _α_{i = coeficiente de} absorción de la superficie “i”

En el caso de que interesase asignar al público un coeficiente de absorción unitario αp, simplemente sería preciso dividir Ap por la superficie ocupada por el mismo Sp:

αp = Ap / Sp Ecuación 32 En las tablas 1.3.5 y 1.3.5.1 encontramos información respecto a la absorción de dos elementos a considerar en el proyecto, las personas y las sillas.

Tabla 1.3.5 Ejemplos de absorción de una persona App en Sabins.

Tabla 1.3.5.1 Coeficientes de absorción de sillas ocupadas. símbolo

“i”

absorción “i”

púb absorción

sería

absorción púb ésta

absorción pequeña,

sólo absorción.

función además,

absorción absorción

disposición púb espectáculos púb

más

absorción absorción

absorción función acías.

sí absorción

cálculo absorción gún

ó í

CÚSTICO

FRECUENCIA(HZ) 125 250 500 1.000 2.000 4.000

Persona de pie con abrigo 0,17 0,41 0,91 1,30 1,43 1,47

Persona de pie sin abrigo 0,12 0,24 0,59 0,98 1,13 1,12

Músico sentado con instrumento 0,60 0,95 1,06 1,08 1,08 1,08

(39)

1.4 AISLAMIENTO ACÚSTICO.

Se entiende por aislamiento acústico a la protección de un recinto contra la penetración de sonidos que interfieran a la señal sonora deseada. Las fuentes que originan estos sonidos pueden estar en el interior o en el exterior del edificio. Para encontrar las formas de protección de los recintos contra el ruido, se debe establecer en primer lugar la naturaleza de estos ruidos, y los caminos por los cuales penetran en el recinto, a través de sus superficies límites. Existen varios caminos posibles por donde el ruido puede penetrar en los recintos. Las principales vías de penetración pueden ser:

I. Ruidos que penetran en el recinto por la vía de transferencia aérea:

a) A través de las aberturas y grietas en las paredes ea; b) A través de los conductos de ventilación ev;

c) A través de los poros en paredes duras y continuas ep;

d) Por vibraciones elásticas de la pared que separa el recinto que se desea aislar del que contiene las fuentes (vibraciones de flexión) eve;

II. Ruidos que alcanzan el recinto después de generarse y propagarse a través de cuerpos sólidos:

a) Como resultado de las vibraciones del material de las paredes convirtiéndose ellas mismas en radiadores de sonido (transmisión de ruido de impacto).

b) Por vibraciones longitudinales elásticas de paredes no adyacentes (transmisión por flancos) evl; son vibraciones que se propagan por el espesor de las paredes y son radiadas al recinto por las paredes laterales. c) Por transmisión de impactos sonoros ei;

d) Por vibraciones de maquinaria transmitidas a través del suelo, cimientos y otras partes de la estructura del edificio em.

El nivel máximo de ruido permitido en un recinto es el término que se utiliza para describir el ruido creado en su interior por la actividad que se realice en el mismo.

Para contestar a las preguntas prácticas relacionadas con el aislamiento acústico de un recinto, debemos conocer en qué medida el aislamiento acústico depende de las propiedades físicas del material de las paredes, y de las características del ruido. Tiene una gran importancia conocer la dependencia del aislamiento acústico con la frecuencia, no sólo porque la transmisión acústica de los diversos materiales varía con la frecuencia, sino también porque la percepción auditiva depende de la frecuencia.

(40)

Este cambio en la caracterización subjetiva del espectro es muy deseable, ya que una supresión significativa de las bajas frecuencias reduce la acción enmascarante del ruido, y una eliminación de las altas frecuencias conduce a una mejora cuando el ruido que interfiere es la palabra, la cual pierde su claridad con las pérdidas de las componentes de alta frecuencia.

Se puede definir como aislamiento acústico a ruido aéreo de una pared, a la pérdida de energía que experimentan las ondas acústicas al atravesar la pared. Una partícula de aire infinitamente próxima a la superficie de una pared se verá forzada a desplazarse al llegar la onda acústica. Esta energía que llega hace vibrar a la superficie sólida y comprime el aire próximo a ella, en la dirección opuesta a dicha pared. Es decir, que una parte de la energía incidente sobre la pared se refleja, mientras que otra se transmite. La parte de energía transmitida hace que se desplacen las partículas del sólido, mientras la perturbación se propaga y otra parte se disipa absorbiéndola el material, por efecto de las fuerzas intermoleculares. En su propagación por el interior del sólido, la perturbación alcanza la superficie de éste, opuesta a la que recibe la onda inicialmente, y mediante un proceso análogo se radia nuevamente en forma de sonido aéreo. Es decir, al incidir sobre una pared una onda acústica, se transmitirá parte de la energía de ésta, originándose una vibración mecánica en la pared, que a su vez se transformará en ondas acústicas, con una pérdida de energía debido a las reflexiones y a la absorción interna del material.

(41)

1.4.1 STC.

De sus siglas en inglés “Sound Transmission Class”, y que en español se

pude traducir como la Clase de Transmisión del Sonido, se define a partir de la utilización de número entero para determinar que tanto atenúa al ruido aéreo una división constructiva.

Si la ley de la masa fuera idealmente perfecta, se esperaría que la pérdida por transmisión de una división constructiva variara con respecto a la frecuencia en una forma lineal. Sin embargo, las mediciones reales de la pérdida por transmisión muestran un comportamiento cambiante, y de ningún modo lineal. Estas variaciones son producto de la resonancia, así como de otros factores propios de la división constructiva, y los cuales no se incluyen en la definición tradicional de la ley de la masa.

Debido a la aparición tan común de tales irregularidades, resulta de gran valor práctico, la utilización de un número entero que permita referenciar de forma razonablemente adecuada la pérdida por transmisión que habrá de tener una división constructiva. Esto se lleva a cabo a través de un procedimiento especificado por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales, que permite determinar la Clase de Transmisión del Sonido (STC) de una pared fono aislante.

El estándar ASTM E-413, establece que el STC se diseñó para correlacionarse con las impresiones subjetivas del aislamiento sonoro de fuentes normales tanto en la casa como en la oficina.