ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA
TESIS
“AISLAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO DE UN
ESTUDIO DE GRABACIÓN EN UNA IGLESIA”
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
P R E S E N T A
DANTE ABUNDEZ BUSTOS
ASESORES:
OBJETIVO:
Diseñar el aislamiento y acondicionamiento acústico de un estudio de grabación en una iglesia.
JUSTIFICACIÓN:
En la Primera Iglesia Bautista de Ciudad Satélite se construyó un edificio en el cual se desea contar con una estudio de grabación, ya que la música va muy ligada a su religión es de gran importancia que cuenten con el estudio de grabación para el propio uso de la iglesia y su comunidad religiosa, ya que grabar en estudios de grabación profesionales es costoso y como es necesario trabajar muchas horas en la producción de los proyectos se decidió por acondicionar el recinto para que fuera el estudio de grabación.
Dicho recinto se encuentra rodeado de salones, carreteras y unidades habitacionales que por la concurrencia a estos lugares existen niveles de ruido altos que interferirían al realizar las grabaciones musicales, es por ello que la mayor problemática es el ruido que se genera en los alrededores del recinto y es necesario el aislamiento y acondicionamiento acústico del estudio de grabación, para el excelente desempeño del mismo.
Al contar con el estudio de grabación la comunidad religiosa podrá realizar sus proyectos de grabación sin tener que pagar por el tiempo que lo necesiten, también podrán recuperar su inversión ya que ahora podrían rentar el estudio de grabación para particulares.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN……… 1
CAPITULO 1.: CONCEPTOS BÁSICOS….……….………... 2
1.1 Sonido………. 2
1.2 Magnitudes Acústicas………. 2
1.3 Fenómenos de propagación………..………….. 3
CAPITULO 2.- AISLAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO ACUSTICO……...……. 9
2.1 Aislamiento Acústico………..………... 9
2.2 Acondicionamiento Acústico…..……… 13
CAPITULO 3.- ESTUDIO DEL RECINTO………..……… 19
3.1 Características del recinto………... 19
3.2 Mediciones de los niveles de presión sonora……….……..………... 23
3.3 Acondicionamiento Acústico del recinto………. 34
CAPITULO 4.- SOLUCIÓN AL PROBLEMA DE AISLAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO DEL ESTUDIO DE GRABACIÓN………..………. 38
4.1 Solución al problema del aislamiento acústico……….... 38
4.2 Solución al problema del acondicionamiento acústico….……..………... 40
CAPITULO 5.- MATERIAL Y EQUIPO DE GRABACION PARA EL ESTUDIO....…….... 44
5.1 Cotización del equipo de grabación………. 44
CONCLUSIONES……….. 55
Referencias………..56
INTRODUCCION.
La contaminación auditiva es un fenómeno que altera las condiciones normales del ambiente de una determinada zona, se lleva a cabo mediante el esparcimiento del ruido y afecta principalmente a las personas, esto produce efectos negativos para la salud física, emocional y mental de cada individuo también influye en demasía con nuestro sistema auditivo impidiendo la percepción clara y concisa de los sonidos que nos rodean.
Este mismo principio se toma en cuenta en los diferentes tipos de recintos, ya que cada uno de ellos está destinado a cumplir diferentes funciones, depende de la arquitectura del edificio, de los materiales que se usaron para su construcción y los usos que se le den ya que en muchos de ellos el ambiente externo afecta la percepción de los sonidos deseados, es por ello la importancia de la acústica arquitectónica en nuestros días, para mejorar la calidad auditiva en las diferentes áreas de cada edificio.
La parte más importante de la acústica arquitectónica y donde recae el mayor peso de estudio es en el aislamiento y acondicionamiento acústico ya que es donde es más frecuente encontrar los problemas que se presentan en el diseño de los diferentes tipos de recinto.
Primeramente lo que se debe valorar es que se debe obtener un buen aislamiento acústico en el recinto, para los distintos tipos de ruido aéreo y estructural, es decir, el ruido exterior y el que se transmite por los recintos contiguos por medio de ventilaciones en el recinto o se transmiten a la estructura del edificio.
Posteriormente se debe de considerar el realizar un buen acondicionamiento acústico del recinto, por lo cual se deben tratar internamente las paredes y todo lo que conlleva como son puertas, ventanas, techo y suelo, también es de gran importancia tomar en cuenta a los sistemas de climatización, iluminación y acondicionamiento térmico en los recintos, ya que pueden introducir ruido aéreo al ambiente sonoro y esto perjudicaría nuestro diseño.
Hoy en día existen organizaciones mundiales y nacionales las cuales coadyuvan a obtener una estandarización en cuanto a los niveles sonoros permisibles para cada tipo de recinto, y se ha llevado a cabo estableciendo normas y criterios que se deben de considerar al momento de realizar un aislamiento y acondicionamiento acústico.
CAPITULO 1.: CONCEPTOS BÁSICOS
1.1 Sonido:
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.
1.2 MAGNITUDES ACÚSTICAS.
1.2.1 Presión Sonora (P).
Es la diferencia que existe entre la presión atmosférica, debido a la atmosfera que nos rodea, y la sonora, provocada por fuentes acústicas. La primera se mide en atmosferas, o en pascales (N/m2):
= � = �
Los sonidos que percibe el hombre son ocasionados por presiones mucho más pequeñas. Como resultado de múltiples mediciones se ha establecido como umbral de audibilidad (nivel mínimo de percepción auditiva) 20x10-6�/ (20µPa) a 1 KHz.
En el otro extremo de la escala de percepciones auditivas es el denominado umbral del dolor, que es el sonido más intenso que se puede soportar sin peligro de daño inmediato, el cual es de 20 �/ (20Pa) o 120 dB de modo que entre ambos sonidos (el mínimo perceptible y el más intenso) se observa una relación aproximada de 1000000.
1.2.2 Densidad de Energía Acústica (Eacu).
También conocida como energía acústica por unidad de volumen, es la cantidad media de energía acústica que corresponde a un volumen de unidad, su unidad de medida es el Joule por metro cúbico (J/m3).
1.2.3 Intensidad Sonora (I).
Se define como la potencia acústica transferida por una onda sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación � =�
� y se mide en � � .
1.2.4 Impedancia Acústica (Z).
Es la razón de la presión acústica al flujo de volumen acústico, ya que las unidades de la presión son Pascales (Pa) y el flujo se mide en metros cúbicos por segundo sus unidades de medida son: � ∗
�
Si la onda se propaga en forma libre, sin reflexiones ni interferencias, su presión y la velocidad están en fase, por lo cual la impedancia es un número real. En caso contrario, por ejemplo dentro de un material poroso, aparece desfasados, por lo que la impedancia resulta compleja. Su expresión entonces contiene dos componentes: la real y la imaginaria.
1.3 FENOMENOS DE PROPAGACION. 1.3.1 Refracción.
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.
1.3.2 Interferencia.
La interferencia es otro de los fenómenos de interés cuando se trata de movimientos periódicos. Si una partícula está sometida simultáneamente a dos o más fuerzas, su desplazamiento obedecerá a la resultante de todas ellas. En el caso de ondas periódicas, el movimiento resultante será otro desplazamiento periódico cuya frecuencia y amplitud será una función de desplazamientos y frecuencias de las ondas actuales.
En el campo de la acústica tiene particular interés la interferencia de dos ondas de igual frecuencia, ya que corresponde al caso de una onda que es producida por una fuente y reflejada por un obstáculo tal como una pared, un techo, una barrera, etc. En este caso dos ondas de igual frecuencia producen las llamadas ondas estacionarias.
Todo sucede como si el obstáculo se convirtiera en otra fuente sonora de igual frecuencia que la original.
Figura 1 Interferencia constructiva y destructiva.
El fenómeno de Batimiento resulta cuando interfieren dos ondas sonoras de frecuencias ligeramente distintas, la frecuencia de batimiento es igual a la mitad de la diferencia de las frecuencias de las ondas sonoras originales, la fórmula es la siguiente:
= | − |
1.3.3 Reflexión.
La reflexión es el rebote de una onda de sonido en una superficie dura, el sonido que llega al obstáculo se llama sonido incidente y el sonido que se devuelve es la onda reflejada, la dirección de la reflexión por lo general no es la misma que el incidente ya que depende de la naturaleza del material reflectante y a su vez pierde gran cantidad de energía.
Se demuestra geométricamente que la onda reflejada determina con la superficie reflejante un ángulo igual al determinado por la onda incidente. Desde ahí se deduce un mecanismo práctico para obtener un rayo reflejado: cualquiera que sea el rayo, éste pasará por un punto simétrico de la fuente (fuente virtual) en relación al plano reflejante (Figura 1.1).
Figura 1.1 Reflexión en superficies planas
Figura 1.2 Reflexiones en superficies curvas
1.3.4 Difracción.
Fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. Este fenómeno se puede explicar mediante el principio de Huygens que establece que cualquier punto de un frente de ondas es susceptible a convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idénticas a la que lo origino, analizando este principio aplica cuando las ondas sonoras inciden con el obstáculo y generan otras ondas llamadas ondas difractadas. (Figura 1.3)
Figura 1.3 Difracción de una onda.
1.3.5 Transmisión.
Figura 1.4 Transmisión del sonido en el aire.
1.3.6 Absorción.
Cuando una onda sonora incide sobre una superficie discontinua, parte de su energía se refleja y vuelve hacia el interior del recinto. Con el resto de la energía suceden dos cosas: parte se transmite hacia el otro lado de la partición y otra es absorbida por la misma. Desde el punto de vista interior del recinto, todo lo que no vuelve se absorbe. Al hablar de la absorción, nos interesamos únicamente por las energías incidentes y reflejada, de modo que la absorción máxima se representa por una ventana abierta, donde toda la energía es absorbida sin reflejarse hacia atrás.
Figura 1.5 Absorción de una onda.
1.3.7 Banda de frecuencias audibles.
La banda de frecuencia audible para una persona joven y sana se extiende aproximadamente, de 20 Hz a 20 KHz. Las frecuencias inferiores a 20 Hz se llaman subsónicas y las superiores a 20 KHz ultrasónicas dando lugar a los infrasonidos y ultrasonidos, respectivamente.
1.3.8 Velocidad de propagación del sonido.
1.3.9 Longitud de onda del sonido.
Es la distancia entre dos puntos consecutivos del campo sonoro que se hallan en el mismo estado de vibración en cualquier instante de tiempo.
La relación entre las tres magnitudes anteriores viene dada por la siguiente expresión.
=
Donde es la longitud de onda, C es la velocidad del sonido (344 m/s en el aire) y f es la frecuencia.
1.3.10 El decibel.
El decibel es una unidad empleada para expresar la relación de dos potencias, acústicas y eléctricas
La expresión de la potencia en dB es:
� � � =
Donde W es la potencia cuyo nivel en dB se desea expresar y la potencia utilizada como referencia.
Es oportuno hacer las siguientes observaciones:
La exposición de una magnitud en dB no tiene unidades, ya que se trata de una relación y, en este caso, nos referimos no a la magnitud si no a su nivel.
Dicha expresión no tiene valor, a menos que se especifique el valor de la magnitud tomada como referencia.
Con base a la definición anterior, se obtienen las siguientes expresiones para las magnitudes fundamentales en el campo de la acústica:
a) Nivel de potencia sonora (WdB):
=
Puesto que el valor normalizado de = − / , resulta:
�� = − = +
1.3.11 Nivel de Presión Sonora.
Para medir el nivel de presión sonora no se suele utilizar el Pascal, por el amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (20 Pa y 20 � )
Normalmente se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibel. Como el decibel es adimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a qué unidades está referida. En el caso del nivel de presión sonora (el dBSPL toma como unidad de referencia 20 μPa). Precisamente, el subíndice SPL hace referencia al nivel de presión sonora por siglas en inglés (Sound Pressure Level).
Para medir el nivel de presión sonora se utiliza la fórmula:
�� = log � � P1 es la presión sonora instantánea.
P0 es la presión de referencia y se toma como referencia la presión sonora en el umbral de audición, que son 20 µPa.
log es un logaritmo decimal o de base diez.
1.3.12 Resonancia.
Toda vez que se trata de vibraciones u oscilaciones aparece el concepto de resonancia. Un modo de visualizar el fenómeno dentro del campo de la mecánica podría ser el siguiente: imaginemos un elemento inercial (una masa) y un elemento elástico (un resorte) que vincule el plano de referencia.
Si mientras esta el sistema en equilibrio, se estira el resorte dejando luego en libertad, la masa comenzara a oscilar alrededor de su punto de equilibrio. La frecuencia de dicha oscilación será independiente de la elongación inicial ocasionada y dependerá únicamente de las constantes de la masa y del resorte. Dicho de otro modo la frecuencia es algo propio del sistema, por lo cual se denomina
propia o de resonancia. Si en vez de excitación brusca (al estirar el resorte), le aplicamos una fuerza
variable con el tiempo y de una frecuencia igual a la de resonancia, las oscilaciones adquieren una amplitud máxima. A esta frecuencia el sistema necesita un mínimo de energía para ponerse a oscilar. En rigor necesita solamente reponer la energía que disipa por ficciones internas del resorte, roce con el aire, etcétera.
CAPITULO 2.- AISLAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO ACUSTICO.
2.1 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 deben 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.
Hay diferentes aislamientos y depende principalmente de las propiedades físicas del material de las paredes, y de las características del ruido.
Existen varios caminos posibles por donde el ruido puede penetrar en los recintos. Las principales vías de penetración pueden ser:
1. A través de las aberturas y grietas en las paredes. 2. A través de los conductos de ventilación.
3. A través de los poros en paredes duras y continuas.
4. Por vibraciones elásticas de la pared que separa el recinto que se desea aislar del que contiene las fuentes.
5. Como resultado de las vibraciones del material de las paredes convirtiéndose ellas mismas en radiadores de sonido.
6. Por transmisión de impactos sonoros.
7. Por vibraciones de maquinaria transmitidas a través del suelo, cimientos y otras partes de la estructura del edificio.
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.
2.1.1 Paredes mixtas.
En la edificación es normal la presencia de elementos formados por conjuntos constructivos diferentes que se caracterizan por aislamientos muy distintos entre sí. El aislamiento acústico global de un elemento mixto (puertas, ventanas, etc.), dependerá tanto del área de cada uno de los elementos constructivos como del aislamiento de los mismos. Se utiliza la siguiente fórmula para el cálculo del aislamiento global:
= log∑ � /∑ � . � .
Rges el aislamiento acústico global (dB), Si es el área de la pared homogénea (m2), y Ri el aislamiento a ruido aéreo de la pared (dB).
2.1.1 Índices de valoración del ruido.
De esta forma se podrán crear criterios, que nos darán valores del índice de ruido que no deben superarse. La comparación de los valores medidos de un índice, en un caso determinado de ruido, con los máximos valores admitidos, se llama evaluación del ruido estudiado.
Para encontrar los valores de los índices de evaluación, se necesitan hacer diferente toma de datos:
Una medida única.
Conocer el espectro de frecuencias.
Análisis estadístico en el tiempo.
Combinación de las medidas anteriores.
2.1.2 Índices de valoración para diferentes fuentes de ruido.
Nivel de presión acústica en toda la banda: nivel sin ponderar en el rango de frecuencias audibles.
Nivel de presión acústica ponderado A: valor del nivel de presión acústica en decibeles, y está dada por la siguiente fórmula:
� = ���
Donde PA es el valor eficaz de la presión acústica y P0 es la presión de referencia.
La ponderación espectral A es una aproximación con signo menos de la línea isofónica con un nivel de sonoridad igual a 40 fonos. En el margen de frecuencias de aplicación la curva de ponderación A viene definida por los valores siguientes y se muestran en la Tabla 1:
Tabla 1 Valores de la curva de ponderación A.
La ponderación espectral A se utiliza para compensar las diferencias de sensibilidad que el oído humano tiene para las distintas frecuencias dentro del campo auditivo.
Ponderación A: es la escala de medida de niveles, establecida mediante el empleo de la curva de ponderación A (norma UNE 21.314/75).
Son o Sonio: es la sonoridad de un tono de 1 KHz con un nivel de intensidad de 40 dB. Curvas de valoración NR: permite asignar al espectro en frecuencias de un ruido, medido
en bandas de octava, un solo número NR (ISO R-1.996), que corresponde a la curva que queda por encima de los puntos que representan los niveles obtenidos en cada banda de nuestro ruido.
Curvas de valoración PNC: a las curvas NC obtenidas en 1957, se le hicieron una serie de sugerencias y modificaciones, que dieron lugar en 1971 a las curvas PNC (Prefered Noise Criteria). Estas curvas tienen valores que son alrededor de 1 dB menos que las curvas NC en las cuatro bandas de octava 125, 250, 500 y 1000 Hz.
Para evaluar el grado de molestia que provoca en un oyente cierto ruido ambiental, se realiza una comparación entre los niveles de ruido de fondo existentes para cada banda de octava entre 63 Hz y 8 kHz, con las curvas de referencia NC o Noise Criteria.
Estas curvas también se utilizan para establecer los niveles máximos de ruido recomendados para diferentes tipos de recintos, dependiendo de la función de los mismos, como pueden ser; teatros, salas de conciertos, oficinas o en este caso un estudio de grabación.
Una sala cumple con cierta curva NC solo cuando los niveles de ruido de fondo, en todas las bandas de octava en el rango entre 63Hz y 8khz, están por debajo de esa curva NC (Gráfica 1).
Gráfica 1 Curvas NC.
Según se observa, estas curvas siguen aproximadamente la sensibilidad del oído en función de la frecuencia. Esto significa que, para cada curva NC, los niveles de presión permitidos a bajas frecuencias son mayores que los correspondientes a frecuencias altas, debido a que el oído es menos sensible a frecuencias bajas.
Para poder verificar que se cumple una especificación NC, hay que analizar el ruido de fondo en el recinto por bandas de octava. Aunque, el nivel de ruido de fondo se puede representar también por el nivel global de presión sonora Leq o LA medidos en dBA. Y se podría comprobar que, a partir de la curva NC-(20-25), este nivel estará unos 10 dB por encima del valor correspondiente de la curva NC.
Tabla 2 Curvas NC recomendadas para recintos.
Tabla 3 Curvas NC por bandas de octava.
Como se observa en la Tabla 2 se utilizará la curva NC – 20 que corresponde a estudios de grabación y en la Tabla 3 se muestra el valor de la curva en dB por bandas de octava; en el siguiente capítulo se procederá a realizar las mediciones y cálculos correspondientes.
2.1.3 Normalización.
En Estados Unidos, el American National Standard Institute (ANSI) es el organismo nacional normativo. ANSI ha producido y sigue produciendo una línea extensa de normas que incluyen las de mediciones (nivel sonoro, potencia, intensidad, protectores auditivos, etc.). En lo que se refiere a la medición de las características acústicas de materiales, el American Society for Testing of Materials (ASTM) es el organismo normativo. En Canada, la Canadian Standard Association (CSA) cumple la función combinada de impulsar normas de medición como de materiales.
En Europa, instituciones prestigiadas como la DIN en (Alemania), la BS (en Gran Bretaña) o la NF (en Francia) trabajan por separado o en el marco de la comunidad europea. También en el marco internacional, la International Stadard Organization (ISO) produce normas resultantes de las experiencias comunes y conocimientos de los organismos nacionales asociados. En lo que a instrumentos acústicos se refiere, otra organización internacional, la Internacional Electrical Commission (IEC) prepara las especificaciones de tolerancias, funcionamiento, calibración, etcétera.
2.2 Acondicionamiento acústico.
Su objetivo primordial es obtener las condiciones necesarias y requeridas para el desempeño de los distintos recintos, para este caso el acondicionamiento acústico se basa en brindar las condiciones necesarias para poder realizar grabaciones en un buen ambiente de trabajo, esto se lleva a cabo acondicionando las paredes del recinto con distintos tipos de materiales, para poder obtener finalmente un recinto adecuado para grabación.
Cuando una fuente sonora emite energía, las ondas sonoras producidas se propagan rápidamente en todas las direcciones a partir de ella, y cuando encuentran un obstáculo (superficies interiores), cambian su dirección, es decir, se reflejan.
No existe, sin embargo, una superficie física que sea un reflector perfecto, sino que o bien se pondrá en movimiento por defecto de la onda incidente, o si tiene estructura porosa, permitirá la propagación de las ondas en el interior del cuerpo material.
Si sucede cualquiera de estos dos procesos, las ondas reflejadas tendrán menos energía que las ondas incidentes, diciéndose que parte de la energía incidente es absorbida por la superficie.
Los materiales absorbentes sonoros son aquellos que reducen el nivel de energía sonora de las múltiples reflexiones que persisten en el tiempo en un local.
En un recinto con una fuente sonora puntual, si sus paredes laterales, suelo y techo son parcialmente reflectantes, el campo sonoro del recinto estará formado por dos partes:
1. El sonido directo que va desde la fuente al observador.
2. Los sonidos reflejados que van desde la fuente al receptor después de una o más reflexiones en las superficies.
2.2.1 Clasificación de los materiales.
Tipos de materiales en cuanto a su absorción:
Materiales porosos, que absorben más sonido a medida que aumenta la frecuencia. Es decir, absorben con mayor eficacia las altas frecuencias (los agudos).
Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas frecuencias (los graves), que las altas.
Absorbente Helmholtz Es un tipo de absorbente creado artificialmente que elimina específicamente unas determinadas frecuencias.
Materiales para tratamiento acústico:
Existen distintos materiales que se emplean para aislar acústicamente los recintos, a continuación se presentan algunos por sus distintas características.
Materiales porosos.
Materiales poroso-rígidos.
La estructura de estos materiales es en forma de yesos absorbentes sonoros con una estructura granular o fibrosa, de tela, lana artificial, o losetas acústicas. Los yesos absorbentes sonoros son los más resistentes y se montan con facilidad en superficies convenientemente preparadas.
Materiales poroso-elásticos.
Su estructura cuenta con un esqueleto que no es rígido pero si elástico, es por ello, que no sólo el aire de los poros está sujeto a vibraciones, sino también el esqueleto elástico.
Materiales para argamasa.
Son materiales acústicos que se aplican en estado húmedo con paleta o pistola para formar superficies continuas de un espesor deseado, estos materiales están compuestos de una mezcla de ingredientes secos, a los cuales se le añade un aglutinante líquido.
Sistemas de paneles perforados.
Sistemas de paneles rígidos.
Estos sistemas tienen un gran número de ventajas artísticas y de construcción ya que tienen alta resistencia a los golpes, duración, pueden barnizarse, pulirse o pintarse.
Absorbentes suspendidos.
Este es el nombre general dado a un tipo de materiales y estructuras acústicas que están suspendidas como unidades individuales del techo de un recinto; normalmente toman la forma de láminas planas o pantallas de material absorbentes.
2.2.2 El campo sonoro.
2.2.3 Reverberación.
Imaginemos una fuente sonora dentro de un recinto cerrado que emite su energía en forma de pulsos. Vale decir, que comienza a emitir en forma brusca, manteniendo su nivel constante durante un lapso, y luego interrumpe bruscamente la emisión del mismo modo como comenzó (anda rectangular). El nivel sonoro que se observara en dicho recinto no se podrá establecer en forma instantánea, ya que su valor final dependerá no solo de la energía emitida, sino también de la reflejada en las paredes, el cielorraso y el piso. A la vez al detener la emisión de la fuente, el nivel no bajara a cero instantáneamente, sino que ira decreciendo paulatinamente hasta confundirse con el nivel de ruido ambiental. Este fenómeno se conoce como reverberación.
2.2.4 Tiempo de Reverberación (TR).
Se le define como tiempo de reverberación a una frecuencia determinada como el tiempo que transcurre desde que el foco emisor se detiene hasta el momento del nivel de presión sonora SPL cae 60dB con respecto a su valor inicial.
Un recinto con un RT grande se denomina “vivo” (nivel industrial, iglesia, etc.) mientras que si el RT es pequeño recibe el nombre de recinto “apagado” o “sordo” (locutorio, Estudio de grabación, etc.).
La fórmula que se utiliza para determinar el tiempo de reverberación es el siguiente:
= . ó �
2.2.5 Propagación del sonido en un recinto cerrado.
La energía radiada por una fuente sonora en un recinto cerrado llega a un oyente ubicado en un punto cualquiera del mismo de dos formas diferentes: una parte da la energía llega de forma directa, es decir como si fuente y receptor estuviesen en el espacio libre, mientras que la otra parte lo hace de forma indirecta (sonido reflejado), al ir asociados a las sucesivas reflexiones que sufre la onda sonora cundo incide sobre las diferentes superficies del recinto.
2.2.6 Modos propios o normales de vibración.
Los modos normales de vibración se refiere al modo en que se propagan las ondas acústicas en un recinto cerrado, esto se genera a partir de las ondas reflejadas en el recinto, y pueden ser de tres tipos y se describen estos modos a continuación:
Modo Axial: ocurren por reflexión en dos muros.
Modo Tangencial: ocurre por la reflexión en cuatro muros.
Modo Oblicuo: ocurre por la reflexión en seis muros.
Y la fórmula para calcular los modos de vibración es la siguiente:
, , = √ � + � + �
Donde fx, fy, fz son las frecuencias propias del recinto, a los cuales responde el mismo cuando es excitado por una señal cualquiera que contenga dichas frecuencias. Además nx, ny, nz son números positivos (0, 1, 2,…, n) y Lx, Ly, y Lz son la altura, el ancho y el largo del recinto, y la ecuación es conocida como la fórmula de Rayleigh.
CAPITULO 3: ESTUDIO DEL RECINTO
3.1 Características del recinto.
El lugar a estudiar se encuentra dentro de las instalaciones de una iglesia cristiana, localizada en Zona Esmeralda, en la dirección Sendero Llano Grande, esquina con Jahuey, Rancho Blanco, Jilotzingo, Estado de México (Figura 2 del Apéndice).
Para observar los detalles del estudio de grabación en cuanto a su construcción y forma es necesario estudiarlo a partir de los planos arquitectónicos (Figura 2)
[image:23.595.119.448.243.671.2]Para poder realizar un estudio adecuado del recinto es necesario tener en consideración todas las fuentes de ruido o interferencia cercanas al objeto de estudio, posteriormente se estudian por separado y se van eliminando aquellas fuentes que no causen inconvenientes, para que el recinto
Como primera consideración cabe mencionar que el recinto se encuentra cerca de una unidad habitacional (Figura 3), la cual se podrá ver afectada por el ruido que pueda emitir el estudio y viceversa, ya que podría filtrarse el sonido externo por el sistema de ventilación o las paredes, de ser muy excesivo impediría el desempeño optimo del estudio de grabación.
[image:24.595.86.512.139.731.2]También se tiene que considerar que están construidos salones o anexos a un costado del recinto Figura 3. Vista panorámica del recinto en construcción.
el área, el ruido ambiente externo se filtrará por las paredes contiguas y esto afectará en gran medida el ambiente sonoro del recinto, es por ello que se necesita identificar todas las fuentes de ruido, ya que esto ayudará a optimizar el desempeño del recinto.
En la Figura 5 Se puede observar un plano más detallado del estudio de grabación, cabe mencionar que la pared sur de la cabina de grabación se encuentra unida por la misma pared a dos baños y un salón el cual será destinado a ser cunero, de los primeros el ruido mecánico de los sanitarios y del segundo el ruido de fondo del salón serán transmitidos por la pared, la transmisión del ruido es por vía estructural, aunado a ello la pared sur de la cabina de grabación está hecha por tablaroca en su mayoría; la tablaroca tiene un coeficiente de absorción que amortiguara las ondas sonoras pero no en su mayoría así que tendremos que considerar este factor de absorción y encontrar la manera para que ningún ruido externo afecte el ambiente sonoro del estudio de grabación.
3.1.2 Materiales utilizados en la construcción del recinto.
[image:25.595.113.486.370.700.2]Los materiales utilizados en la construcción del recinto son diferentes entre sí, pero cada uno de ellos tiene un coeficiente de aislamiento de las ondas sonoras diferente, es por eso que es de gran importancia saber cuál es este coeficiente, ya que con él se deberán realizar cálculos para establecer los niveles de presión sonora que existen en el recinto.
A continuación en la Tabla 4 se especifica los materiales utilizados en la construcción del recinto:
Tabla 4 Materiales utilizados en la construcción del recinto.
MATERIALES DE CONSTRUCCION DEL RECINTO PAREDES Muro de block con revoque de cemento
TECHO Loza de vigueta y bovedilla con cielorraso de placas de yeso
PISO Hormigón
VENTANAS Perfil de aluminio de 2" Vidrio doble y simple. Volumen del recinto.
El primer parámetro que se debe conocer al realizar un aislamiento y acondicionamiento acústico, es el volumen del lugar, por lo que se procedió a realizar las mediciones geométricas del lugar y con ayuda de los planos se obtuvo el siguiente dato.
Volumen Total = 390.52
3.1.3 Criterios del diseño de la sala de audio.
El diseño en el cual está basado el recinto es complejo; como se mostró en la Fig. 4 no es uniforme y a su vez será la planta baja de un edificio de tres pisos que albergará once salones, dos vestíbulos, cuatro baños, dos salas de juntas, una oficina pastoral y dieciocho cubículos de trabajo, a continuación se muestra la Figura 6 la cual es una imagen en tercera dimensión del edificio completo.
Figura 6. Imagen simulada en tercera dimensión del edificio completo.
Figura 7. Imagen en tercera dimensión de la sala del estudio de grabación.
Después de haber estudiado físicamente el recinto se toma en consideración las fuentes de ruido que pueden afectar al estudio de grabación para proceder a hacer mediciones y obtener un valor en decibeles por bandas de octava, el cual nos ayude a saber qué tipo de aislamiento y acondicionamiento acústico es necesario para el estudio de grabación; esto se lleva a cabo realizando mediciones para cada pared, ya que en cada una convergen ruidos diferentes, dichas mediciones se deben realizar con un instrumento que servirá de ayuda en el desarrollo del proyecto, este instrumento es el analizador de espectro.
3.2 Mediciones de los niveles de presión sonora.
Se tomaron mediciones en el recinto para saber los niveles de presión sonora que inciden en la superficie de cada pared y se muestra en la Tabla 5, la cual nos permite conocer los valores en dB para cada espectro de octavas.
Estas mediciones se realizaron bajo criterio de la norma NOM-081-ECOL-1994
Tabla 5. Valores del nivel de presión sonora en dB, por espectro de octava, correspondiente a cada pared del recinto.
Niveles de presión sonora que incide en cada superficie del recinto.
Frecuencia Hz 125 250 500 1000 2000 4000
Pared anterior 39.7 55.7 56 58.3 52.2 42.1
Pared posterior.
48.1 56.6 55.5 54.3 51.5 45.4
Pared derecha.
45.3 55.3 53.6 52.3 49.1 45.5
Pared izquierda.
50 60 58.3 61.3 54.6 53.1
Techo. 40.2 48.4 47 49.7 49.1 46.6
Piso. 44.3 50.1 52 51.5 47 46.1
NPS Totales 53.9 63.7 62.7 64.3 59 55.7
para este caso se empleara la curva NC-20 (Tabla 6), y en la Tabla 2 (Capítulo 2) se muestra que el índice de ruido para un estudio de grabación en la curva NC es 20 y debe considerar un límite máximo de 25 decibeles y 30 decibeles referidos a la escala de ponderación A.
Tabla 6. Niveles de presión sonora (dB) en octavas que corresponde al índice NC-20.
Valores de presión sonora correspondientes al índice NC-20.
frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NC-20 40 33 26 22 19 17 16
A continuación en la Grafica 2 se muestra la comparación del Nivel de Presión Sonora Total en el recinto y los Niveles permitidos por el índice NC-20.
Gráfica 2 Comparación de los Niveles de Presión Sonora existentes en el recinto y el índice NC-20.
Para obtener el nivel máximo de presión sonora total se suman los niveles de presión sonora de cada espectro de octava del índice NC-20 (Tabla 6), como los valores en decibeles no están referidos a una escala lineal, sino a una escala logarítmica, no se pueden realizar sumatorias directas, es por eso que se debe de realizar diferentes pasos y agregar un factor suma, el cual se obtiene interpolando dos puntos en una gráfica (Gráfica 2), para que al final obtengamos el nivel máximo en decibeles , es decir no se tiene que hacer la conversión ya que gracias a la ayuda del Nomograma se pueden sumar directamente los valores, este nomograma es muy utilizado al realizar las sumas en decibeles, tanto que en libros como el de “Fundamentos de acústica Lawrence E. Kinsler & Frey México Limusa 2008 pág. 329” es utilizado.
0 10 20 30 40 50 60 70
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz
Gráfica 2 Nomograma para sumar niveles.
Para poder sumar los niveles de presión sonora debemos obtenerlos a partir del índice NC-20 (Tabla 6), con estos valores se llena otra tabla y se le asignan valores de L1 (siempre será el nivel más alto) y L1+1 (será el nivel consecutivo a L1 y siempre será de un valor menor al anterior), posteriormente se debe de hacer la operación de sustracción de L1-(L1+1), de la cual obtendremos una diferencia y ese número nos ayudara a encontrar el factor suma del nivel de presión sonora, este número del valor de la diferencia tenemos que ubicarlo en el eje de las abscisas e interpolarlo con la curva, posteriormente se proyecta con el eje de las ordenadas al origen, y finalmente se obtendrá el valor del factor suma, para obtener el valor máximo de la presión sonora en esa frecuencia, se suman el nivel de presión sonora consecutivo al máximo tomado, la diferencia del nivel de presión sonora y el factor suma, dicho valor obtenido en esa frecuencia será el nuevo valor L1 para la siguiente frecuencia, cabe mencionar que dicho procedimiento se debe de realizar para cada frecuencia, hasta obtener el valor total de presión sonora que se requiere para el recinto (Tabla 7).
Tabla 7. Nivel de Presión sonora máxima total en dB a partir del índice NC-20.
Nivel de presión sonora máxima total en dB a partir de NC-20. Nivel de Presión
sonora
L1 Db 40 40.9 41.03 41.11 41.11 41.11
Nivel de Presión sonora
L1+1 Db 33 26 22 19 17 16
Diferencia del nivel de presión sonora
L1-(L1+1) dB
7 14.9 19.03 22.11 24.11 25.11
Factor suma de nivel de presión sonora
∆L dB 0.9 0.13 0.08 0 0 0
Nivel de presión
sonora total. L dB 40.9 41.03 41.11 41.11 41.11
41.11 dB
obtener el nivel máximo de presión sonora en dB(A) se realizara el mismo procedimiento con el nomograma para la sumatoria de los niveles de presión de cada frecuencia (Tabla 8).
Tabla 8. Niveles de presión sonora en octavas ponderado en dB(A).
Nivel de presión sonora máxima en octavas ponderado en dB(A).
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Nivel de
presión sonoro dB 40 33 26 22 19 17 16
Factor de
Corrección dB -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.2 0
Nivel de
presión sonora dB(A) 23.9 24.4 22.8 22 20.2 18.2 16
Se sumaran los niveles de presión sonora en dB(A) para cada octava y se muestra en la Tabla 9.
Tabla 9. Nivel de presión sonora máxima total en dB(A) a partir del índice NC-20.
Nivel de presión sonora máxima total en dB(A) de NC-20. Nivel de Presión
sonora L1 dB 24.4 27.2 28.35 29.33 29.93 30.23
Nivel de Presión sonora
L1+1 dB 23.9 22.8 22 20.2 18.2 16
Diferencia del nivel de presión sonora
L1-(L1+1) dB
0.5 4.4 6.35 9.13 11.73 14.23
Factor suma de nivel de presión sonora
∆L dB 2.8 1.15 0.98 0.6 0.3 0.17
Nivel de presión
sonora total. L dB dB(A) 27.2 28.35 29.33 29.93 30.23
30.4 dB(A)
Finalmente se puede apreciar, el nivel de presión sonora máximo total admitido en el recinto, que es de 41.11 dB y 30.4 dB(A), estos dos obtenidos a partir del índice NC-20.
Como se mencionó anteriormente los niveles de presión sonora expresados en decibeles no se pueden sumar directamente, para tener la seguridad de que los resultados obtenidos con el nomograma son correctos se pueden verificar analíticamente, esto se realiza despejando el valor de la Presión sonora instantánea, para sumarlos linealmente, a continuación se muestra el despeje:
�� = log �� log �
De este modo con la ayuda de la fórmula anterior podemos obtener el valor de la potencia en pascales y así poder sumarlo linealmente con otro valor de potencia también en pascales, a continuación se muestra un ejemplo de la suma de dos Niveles de Potencia Sonora analíticamente: Se tomaran como ejemplo los dos primeros valores de la Tabla 6, NPS1 = 40 dB y NPS2 = 33 dB
� = � − ∗ �� = � − ∗ = � − ∗ = . �
� = � − ∗ �� = � − ∗ = � − ∗ . = . � − �
Ahora con P1 y P2 en Pascales se pueden sumar directamente y después hacer la conversión a decibeles, así se verificara que el resultado obtenido con el nomograma para la suma de estos dos NPS sea correcto.
� = � + � = . � + . � − � = . � − �
Teniendo la Potencia Total en Pascales se convierte a NPS para obtener el valor de la suma en decibeles.
�� = log �
� = log
. � − �
� − � = log . = .
��� = � . �� ��
Con este resultado se comprueba que la suma de los niveles de presión sonora es correcta por ambos métodos (ver Tabla 7), sin embargo estos varían un poco pero finalmente no afecta al resultado final, ya que uno es por método gráfico con la ayuda del nomograma y el otro es analítico puramente matemático.
Figura 8. Calculadora de Decibeles.
Figura 9 Suma de los dos niveles de potencia con la calculadora.
Si llega a introducir valores erróneos en la calculadora de Decibeles, no realizara la operación y desplegara un mensaje sobre el error, puede ser alguno de estos mensajes:
Con la ayuda de esta herramienta se podrá verificar los resultados obtenidos al sumar los NPS (Véase Apéndice).
Ya que el recinto está construido por diferentes materiales (paredes, puertas, ventanas, etc.) los cuales tienen un aislamiento específico muy distinto entre sí, es necesario obtener el aislamiento acústico global (Rg) y se debe utilizar la fórmula 2.1 para paredes mixtas, y realizar los cálculos para cada frecuencia de la banda de octavas.
A continuación se presentan todas las áreas en metros cuadrados de las paredes y sus componentes, para después proceder a realizar los cálculos necesarios y presentar los resultados. La pared anterior consta de un área de 46.2 m2
La pared posterior consta de una ventana con un área de 7.8 m2, una puerta interna de área igual a 2.44 m2 y el resto de la pared tiene un área de 24.5 m2.
La pared derecha cuenta con tres ventanas con la cuya área total es de 14.8 m2, y el resto de la pared tiene un área de 10.3 m2.
La pared izquierda cuenta con la puerta principal, la cual tiene un área de 4.5 m2, y el resto de la pared es de 25 m2.
Paredes: Están formadas por un Muro de block con revoque de cemento en la tabla 10 muestra los valores de aislamiento por bandas de octava.
Tabla 10. Valores de aislamiento de las paredes del recinto.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
R (dB) 41 45 48 56 65 69
Ventanas: Las ventanas del recinto están formadas por vidrio simple con marco de aluminio de 2”, y su aislamiento acústico por bandas de octava se encuentra en la Tabla 11.
Tabla 11. Valores de aislamiento de las ventanas del recinto.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
R (dB) 19 13 22 22 25 27
Puertas: Las puertas que comunican las diferentes áreas del recinto, son puertas de madera con un espesor de 44 mm, a continuación se presenta en la Tabla 12 los diferentes valores de aislamiento por bandas de octava.
Tabla 12. Valores de aislamiento de las puertas del recinto.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Loza: Ya que el techo del recinto también funge como piso de una planta más alta, es una loza de vigueta y bovedilla con cielorraso de placas de yeso y el aislamiento por cada banda de octava se muestra en la Tabla 13.
Tabla 13. Valores de aislamiento de la loza del recinto.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
R (dB) 37 36 45 52 60 67
Suelo: El suelo está conformado por hormigón armado con un espesor de 100 mm a continuación se muestran los valores por bandas de octava correspondiente al aislamiento de este material en la Tabla 14.
Tabla 14. Valores de aislamiento del suelo del recinto.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
R (dB) 37 36 45 52 59 62
En la Tabla 15 se muestran los valores del Aislamiento a ruido aéreo de las paredes anterior y posterior, la pared anterior como no tiene elementos mixtos, es decir toda esta hecha del mismo material, tendrá el valor del aislamiento del muro.
Tabla 15. Aislamiento resultante de la pared anterior y aislamiento mixto de la pared posterior.
Frecuencia 125 250 500 1000 2000 4000
Pared
anterior dB 41 45 48 56 65 69
Pared Posterior Aislamiento
ventana dB 19 13 22 22 25 27
Aislamiento
pared dB 41 45 48 56 65 69
Aislamiento
Mixto dB 35 32 40 40.6 43.9 24.8
En la Tabla 16 Se muestra los valores del Aislamiento mixto a ruido aéreo de la pared derecha en decibeles por cada banda de octava.
Tabla 16. Aislamiento mixto resultante de la pared derecha.
Pared Derecha
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Aislamiento
ventana. dB 19 13 22 22 25 27
Aislamiento pared. dB
41 45 48 56 65 69
Aislamiento
La siguiente pared es la izquierda de la cual se obtiene los siguientes resultados a partir de la ecuación 3.1, para paredes mixtas, se muestran los resultados en la Tabla 17.
Tabla 17. Aislamiento mixto resultante de la pared izquierda.
Frecuencia 125 250 500 1000 2000 4000
Aislamiento de la puerta dB.
12 15 20 22 26 -
Aislamiento
pared. dB 41 45 48 56 65 69
Aislamiento
Mixto. dB 20.13 23.14 28.13 30.16 34.16 8.16
A continuación en la Tabla 18 se presentan los valores finales del aislamiento de las superficies límites en bandas de octava dado en dB.
Tabla 18. Aislamiento de las superficies límites del recinto.
Aislamiento
sonoro. 125 250 500 Frecuencia (Hz) 1000 2000 4000
P. anterior 41 45 48 56 65 69
P. posterior 35 32 40 40.6 43.9 24.8
P. derecha 21.27 15.3 24.3 24.3 27.3 29.4
P. izquierda 20.13 23.14 28.13 30.16 34.16 8.16
Techo 37 36 45 52 60 67
Suelo 37 36 45 52 59 62
Del mismo modo se desarrolló una aplicación para facilitar los cálculos del aislamiento global de paredes mixtas, a continuación en la Figura 11 se presenta la imagen de la aplicación funcionando y realizando los cálculos para la frecuencia de 125 Hz del aislamiento mixto de la pared izquierda: Del mismo modo se desarrolló una aplicación para facilitar los cálculos del aislamiento global de paredes mixtas, a continuación en la Figura 11 se presenta la imagen de la aplicación:
Figura 12. Comprobando los resultados con la aplicación
Como se aprecia en la Figura 12, la aplicación funciona correctamente porque el resultado del aislamiento global de la pared izquierda coincide con el obtenido en la Tabla 17. (Véase Apéndice).
Del mismo modo que la calculadora de Decibeles esta aplicación también despliega mensajes de error en caso de que los valores que se introduzcan sean erróneos (Figura 10).
Con los datos obtenidos en la Tabla 18, cada superficie límite se convierte en una fuente sonora, por lo que sumando los diferentes niveles de presión sonora totales que penetran a través de cada superficie, obtenemos el nivel de presión sonora por banda de octava y el nivel sonoro total por cada superficie del recinto se presentan en la Tabla 19.
Tabla 19. Nivel de Presión sonora resultante en bandas de octava, dB y dB(A) totales.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 dB y dB(A) Totales.
NPS Pared anterior. 39.7 55.7 56 58.3 52.2 42.1
Aislamiento P. anterior 41 45 48 56 65 69
NPS Resultante dB - 10.7 8 12.3 - - 15.6 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). - 2.1 4.8 12.3 - - 13.5 dB(A)
NPS Pared posterior. 48.1 56.6 55.5 54.3 51.5 45.4
Aislamiento P. posterior 35 32 40 40.6 43.9 24.8
NPS resultante. 13.1 24.6 15.5 14.3 7.6 20.6 27 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). 0 16 12.3 14.3 8.8 21.6 23.72dB(A)
NPS Pared derecha. 45.3 55.3 53.6 52.3 49.1 45.5 Aislamiento P. derecha 21.27 15.3 24.3 24.3 27.3 29.4
NPS resultante. 24.03 40 29.3 28 21.8 16.1 40.6 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). 7.93 31.4 26.1 28 23 17.1 34.4 dB(A)
NPS resultante. 28.73 44.7 34 37 27.3 23.7 46 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). 12.63 36.1 30.8 37 28.5 24.7 40.52 dB(A)
NPS del Techo. 40.2 48.4 47 49.7 49.1 46.6
Aislamiento Techo. 37 36 45 52 60 67
NPS resultante. 3.2 12.4 2 - - - 13.4 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). -12.9 3.8 -1.2 - - - 13.7 dB(A)
NPS del Piso 44.3 50.1 52 51.5 47 46.1
Aislamiento Piso. 37 36 45 52 59 62
NPS resultante. 7.3 14.1 7 - - - 15.7 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). -8.8 5.5 3.8 - - - 11.4 dB(A)
Finalmente en la Tabla 20 se muestra de una manera más completa cuanto es el nivel de presión sonora final en dB y dB(A) por cada superficie, así como los valores totales se encuentran al final de la Tabla.
Tabla 20. Tabla total de los niveles de presión sonora que se encuentran en el recinto.
Superficie dB dB(A)
Pared anterior. 15.6 13.5
Pared posterior. 27 23.72
Pared derecha. 40.6 34.4
Pared izquierda. 46 40.52
Techo. 13.4 13.7
Piso. 15.7 11.4
NPS Totales del recinto. 47.1 41.5
Estudiando la tabla 20 es posible darse cuenta que los niveles de presión sonora totales del recinto son más elevados que los niveles permitidos que debe de tener el recinto los cuales son 41.11 dB y 30.4 dB(A), en la Gráfica 3 se muestra la comparación del NPS existente y el del índice NC-20.
Gráfica 3 Comparación de Niveles de Presión Sonora Existentes y NC-20. 41.11
30.4
47.1 41.5
0 10 20 30 40 50 NPS Total dB
NPS Total dB(A)
Comparación de NPS
Existentes y NC-20
Analizando la Tabla 20 se deduce que las paredes por donde se filtra más el ruido es por las paredes izquierda y derecha, esto es debido a los materiales con que están construidas las puertas y ventanas ya que son sencillas, es por ello que se cambiaran para poder obtener un aislamiento adecuado para el recinto, en el próximo capítulo se expondrá la mejor solución para el problema del aislamiento acústico del recinto.
3.3 Acondicionamiento Acústico del recinto.
A continuación se estudiara el acondicionamiento acústico existente del recinto con el fin de saber si es necesario y que tipo de acondicionamiento es el más adecuado para el recinto.
Para el acondicionamiento acústico es necesario tener en cuenta los materiales con los que cuenta el recinto, recordemos que el volumen del recinto es de 390.52 m3 y tiene un área total de S = 443.5 m2.
[image:38.595.198.396.441.586.2]También el acondicionamiento acústico de un recinto se basa en el uso que tendrá el mismo, y esto se puede definir gracias al tiempo de reverberación, como en el estudio se grabará música, a continuación se presentan en la Tabla 21 el valor del tiempo óptimo de reverberación de acuerdo al uso del recinto, estos valores se obtiene a partir de la gráfica de la música y el lenguaje (Fundamentos de acústica Lawrence E. Kinsler & Frey México Limusa 2008 pag. 420, véase en la Gráfica 4).
Tabla 21 Valor del Tiempo óptimo de reverberación para música y palabra.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Tiempo de Reverberación óptimo Top (s) 1.5 1.30 1.0 0.80 0.80 0.70
Gráfica 4. Comparación entre la Música y el Lenguaje.
Gráfica 5 Tiempo de reverberación óptimo.
3.3.1 Determinación de la absorción teórica necesaria.
Es necesario conocer la absorción sonora necesaria para el acondicionamiento acústico, con la ayuda de las siguientes fórmulas se determinara la absorción necesaria a diferentes frecuencias.
� = . ∗
Donde V es el volumen del recinto, S es el área total del recinto y Top es el valor del tiempo óptimo de reverberación.
= ∗ ��= . ∗
A continuación se muestran los resultados en la Tabla 22:
Tabla 22 Coeficiente de absorción y Absorción óptima.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Coeficiente de absorción óptimo αop 0.09 0.10 0.14 0.17 0.17 0.20
Absorción óptima Aop (m2) 41.9 48.3 62.8 78.5 78.5 89.8
3.3.2 Tiempo de Reverberación del Recinto.
Para conocer el tiempo de reverberación primero es necesario tener en cuenta los valores de absorción de los materiales que conforman al recinto y su absorción tanto como el área que cubren, seguido a esto se utiliza la fórmula de Sabine (2.2.4, pag.20) para obtenerlo.
En la Tabla 23 se presentan los materiales, así como el área que cubren y la absorción existente en el recinto se presenta al final de la Tabla 24.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz
Tabla 23 Materiales y áreas del recinto.
ÁREA DE SUPERFICIES Y MATERIALES
UBICACIÓN MATERIAL ÁREA EN m2
PARED
ANTERIOR Muro de fachada con revoque de cemento 46.2
PARED POSTERIOR
Muro de fachada con revoque de cemento 24.5
Vidrio 7.8
Puerta 2.44
PARED
DERECHA Muro de fachada con revoque de cemento Vidrio (6mm) 10.3 14.8 PARED
IZQUIERDA Muro de fachada con revoque de cemento Puerta 25 4.5
PISO Cemento pulido 153.5
TECHO Plafones Cielorraso de yeso 153.5
Tabla 24 Valor de la absorción existente a diferentes frecuencias.
ÁREA DE SUPERFICIES Y
MATERIALES Frecuencia (Hz)
UBICACIÓN MATERIAL 125 250 500 1000 2000 4000 ÁREA EN m2
PARED ANTERIOR
Muro de fachada con
revoque de cemento 0.03 0.03 0.06 0.09 0.04 0.06 46.2
PARED POSTERIOR
Muro de fachada con
revoque de cemento 0.03 0.03 0.06 0.09 0.04 0.06 24.5 Ventana de Vidrio
simple 0.33 0.25 0.10 0.07 0.06 0.04 7.8
Puerta 0.15 0.10 0.06 0.08 0.10 0.05 2.44
PARED DERECHA
Muro de fachada con
revoque de cemento 0.03 0.03 0.06 0.09 0.04 0.06 10.3
Vidrio (6mm) 0.10 0.08 0.04 0.03 0.02 0.02 14.8
PARED IZQUIERDA
Muro de fachada con
revoque de cemento 0.03 0.03 0.06 0.09 0.04 0.06 25
Puerta 0.15 0.10 0.06 0.08 0.10 0.05 4.5
PISO Piso de hormigón 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 153.5
TECHO Cielorraso de placas de yeso 0.12 0.10 0.05 0.05 0.05 0.05 153.5 Absorción existente (m2)
28.23 23.8 18.89 21.83 16.44 18.06
La absorción existente es el resultado de la suma del producto entre la absorción del material y el área o superficie, esta absorción es diferente para cada banda de octava.
Ejemplo para la frecuencia de 125 Hz:
� = ∑ ∗ = . ∗ . + . ∗ . + . ∗ . + . ∗ .
+ . ∗ . + . ∗ . + . ∗ + . ∗ . + .
∗ . + . ∗ .
� = .
� = .
� = .
Una vez que se tiene todos los datos se calculan los tiempos de reverberación para cada banda de octava y los resultados se muestran en la Tabla 25.
Tabla 25 Tiempo de reverberación existente en el recinto
TIEMPO DE REVERBERACIÓN EXISTENTE POR BANDA DE OCTAVA
125 250 500 1000 2000 4000
2.2 2.6 3.3 2.8 3.8 3.4
En la Tabla 25 y Gráfica 6 se puede observar que el tiempo de reverberación existente es muy alto ya que pasa por mucho la tolerancia de ± 10% en comparación con el tiempo de reverberación óptimo para el recinto, es por ello que se debe de dar una solución para que el tiempo de reverberación existente sea adecuado para el uso del recinto.
Es de gran importancia realizar el estudio previo, ya que así es más fácil identificar qué tipo de tratamiento acústico es necesario y más adecuado para el recinto, en el siguiente capítulo se realizara los cálculos necesarios para obtener la mejor solución a los problemas existentes en el estudio de grabación.
Gráfica 6 Tiempo de reverberación existente y óptimo.
0 1 2 3 4
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz
T
íem
p
o
(
s)
Frecuencia (Hz)
Tiempo de reverberación óptimo Top (s)
Tiempo de reverberación Existente Tex (s)
10%
CAPITULO 4: SOLUCIÓN AL PROBLEMA DE AISLAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO DEL ESTUDIO DE GRABACIÓN.
En este capítulo abordaremos la parte de la solución a los problemas tanto de aislamiento y acondicionamiento, ya que en el primero se debe de obtener los valores del nivel de presión sonora más cercanos al índice de ruido señalado en el capítulo anterior, para la parte del acondicionamiento, se debe de ajustar el tiempo de reverberación del recinto de acuerdo al uso del mismo.
4.1 Solución al problema del aislamiento acústico
Primeramente se propone la solución para el aislamiento acústico del estudio de grabación, la cual consiste en cambiar las puertas y ventanas del recinto, las especificaciones son las siguientes: Ventana de vidrio simple en estructura sólida con un espesor de 16mm y una densidad de 40kg/m2. Puerta acústica constituida por chapa negra pulida de 1.5mm de espesor, con marco perimetral de perfil laminado y bastidor de doble perfil cuadrado estándar, interior relleno de material aislante, amortiguante y absorbente.
Ventana de vidrio doble con hojas de vidrio de 9mm, separadas 50 mm.
Los valores de aislamiento acústico de cada elemento se presentan a continuación en la Tabla 26.
Tabla 26 Valores de aislamiento por bandas de octava de puerta y ventanas.
Frecuencia (Hz)
125 250 500 1000 2000 4000
Ventana
simple (dB) 25 28 33 30 38 45
Puerta Acústica PS (dB)
32 29 40 43 41 48
Ventana doble (dB)
25 29 34 41 45 53
Es necesario realizar el cálculo para cada pared tomando en cuenta los nuevos valores de aislamiento de las puertas y ventanas.
La pared derecha tiene tres ventanas con un área de 14.8 m2 las cuales serán de vidrio simple, y el resto de la pared tiene 10.3 m2, utilizando la ecuación 3.1 para paredes mixtas se obtiene los siguientes resultados por bandas de octava y se muestran en la Tabla 27.
Tabla 27. Valores del Aislamiento mixto de la pared derecha
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
La pared izquierda cuenta con una puerta de 4.52 m2y el resto de la pared es de 25 m2 finalmente el aislamiento mixto es el siguiente y se muestra en la Tabla 28.
Tabla 28. Valores del Aislamiento mixto de la pared izquierda.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Aislamiento mixto (dB) 37.9 36.6 45.4 50 49 56
La pared posterior cuenta con una ventana de 7.8 m2 que será de vidrio doble, una puerta con área igual a 2.44 m2 y el resto de la pared tiene 24.5 m2, realizando los cálculos del aislamiento mixto se obtienen los siguientes resultados y se muestran en la Tabla 29.
Tabla 29. Valores del Aislamiento mixto de la pared posterior.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Aislamiento mixto (dB) 30.9 34 39.7 46.3 49.6 56.3
[image:43.595.86.506.444.663.2]Finalmente después de realizar los cálculos y obtener los nuevos valores del Aislamiento Acústico a partir de los nuevos materiales acondicionados en las paredes correspondientes, se obtienen los valores del Nivel de Presión Sonora en dB y dB(A) para cada pared del recinto, estos valores se muestran en la Tabla 30.
Tabla 30 Nivel de Presión Sonora Resultante
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 dB y dB(A) Totales.
NPS Pared posterior. 48.1 56.6 55.5 54.3 51.5 45.4 Aislamiento P. posterior 30.9 34 39.7 46.3 49.6 56.3
NPS resultante. 17.2 22.6 15.8 8 1.9 - 24.48 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). 1.1 14 12.6 8 3.1 1.0 17.4 dB(A)
NPS Pared derecha. 45.3 55.3 53.6 52.3 49.1 45.5 Aislamiento P. derecha 27.2 30.2 35.2 32.3 40.3 47.3
NPS resultante. 18.1 25.1 18.4 20 8.8 - 27.6 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
NPS resultante dB(A). 2 16.5 15.2 20 10 1.0 22.7 dB(A)
NPS Pared izquierda. 50 60 58.3 61.3 54.6 53.1 Aislamiento P. izquierda 37.9 36.6 45.4 50 49 56
NPS resultante. 12.1 23.4 12.9 11.3 5.6 - 24.3 dB
Factor de corrección. -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0
En la Tabla 31 se muestran de una manera más clara los valores de Nivel de Presión Sonora por superficie y totales en dB y dB(A).
Tabla 31. Valores totales de nivel de presión sonora por superficie
Superficie dB dB(A)
Pared anterior 15.6 13.5
Pared posterior 24 17.4
Pared derecha 27.6 22.7
Pared izquierda 24.3 17.8
Techo 13.4 13.7
Piso 15.7 11.4
NPS Totales del recinto 30.6 25.7
Gráfica 7. Comparación del NPS Final y el índice de referencia NC-20.
Finalmente de la Tabla 30 y Gráfica 7 se deduce que el aislamiento del recinto ha quedado finalizado, ya que los Niveles de Presión Sonora finales (30.6 dB y 25.7 dB(A)) son más bajos que los permitidos para estudios de grabación de acuerdo al índice NC-20 el cual es de 41.11 dB y 30.4 dB(A), la diferencia amplia entre el aislamiento propuesto y el del índice nos brinda la seguridad de que el aislamiento esta reforzado para cualquier filtración de ruido.
4.2 Solución al problema del acondicionamiento acústico.
Ya resuelto el problema del aislamiento acústico, se debe proponer la solución para el acondicionamiento acústico, será necesario encontrar los materiales adecuados para alcanzar el tiempo reverberación óptimo para el recinto, ya que de esto depende el buen desempeño del estudio de grabación cuando se esté trabajando en él.
Es necesario utilizar diferentes materiales para acondicionar el recinto, que tenga mayor absorción a altas frecuencias para las diferentes superficies que componen el recinto, a continuación se
41.11 30.4
30.6 25.7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 NPS Total dB
NPS Total dB(A)
Comparación del NPS Final y el
índice de referencia NC-20.
proponen los materiales para el acondicionamiento acústico, su absorción por bandas de octava se muestra en la Tabla 32.
Tabla 32 Valores de absorción de los materiales propuestos.
SUPERFICIES Y MATERIALES Frecuencia (Hz)
UBICACIÓN MATERIAL 125 250 500 1000 2000 4000
Paredes Fibra de madera 38mm 0.1 0.19 0.40 0.79 0.55 0.77 Piso Parquet de madera sobre contrapiso. 0.02 0.03 0.04 0.05 0.05 0.05
En la Tabla 33 se muestra la propuesta general del acondicionamiento acústico del recinto, y la absorción final.
Finalmente teniendo el valor de la absorción final se puede obtener el valor del tiempo de reverberación final aplicando la fórmula de Sabine (2.2.4, pag.20) para cada banda de octava y obtener el valor del tiempo de reverberación final, los resultados se muestran en la Tabla 33.
Tabla 33 Materiales para la propuesta de aislamiento acústico.
Frecuencia (Hz)
MATERIALES Área m2 125 250 500 1000 2000 4000
Fibra de madera 38mm 106 0.1 0.19 0.40 0.79 0.55 0.77
Ventana de Vidrio simple 7.8 0.33 0.25 0.10 0.07 0.06 0.04
Vidrio (6mm) 14.8 0.10 0.08 0.04 0.03 0.02 0.02
Puerta 6.94 0.15 0.10 0.06 0.08 0.10 0.05
Parquet de madera 153.5 0.02 0.03 0.04 0.05 0.05 0.05
Cielorraso de placas de yeso 153.5 0.12 0.10 0.05 0.05 0.05 0.05
Absorción final 37.1 43.9 58.0 100.6 75.1 97.9
Tiempo de Reverberación final Tfi (s) 1.6 1.4 1.0 0.6 0.8 0.6
A continuación en la Tabla 34 se muestra la comparación de los Tiempos de Reverberación óptimo y final.
Tabla 34 Tiempo de Reverberación final.
Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Tiempo de Reverberación óptimo Top (s) 1.5 1.3 1.0 0.8 0.8 0.7
Tiempo de Reverberación final Tfi (s) 1.6 1.4 1.0 0.6 0.8 0.6
Se puede observar en la Tabla 34 que se tiene un buen acondicionamiento acústico ya que los valores finales del tiempo de reverberación se aproximan a los óptimos de acuerdo al uso del recinto, aunque existe un valor en la frecuencia de 1 kHz que sobrepasa la tolerancia de ±10% es necesario aceptar dicho valor.
Gráfica 8 Comparación del tiempo de reverberación
Cabe mencionar que cuando son recintos rectangulares es necesario realizar los cálculos de frecuencias modales o modos propios o normales de vibración (2.2.6 pag. 20), pero como este no es el caso ya que no es un recinto rectangular (Figura 7) se omite ese cálculo.
Aunque en este proyecto solo se hizo una propuesta de solución en la práctica es necesario realizar diferentes propuestas de solución para finalmente obtener la más cercana a las condiciones ideales para lo que ha sido destinado el recinto, por ejemplo en este proyecto se presentaron las soluciones más adecuadas para los problemas presentados en el aislamiento y acondicionamiento acústico, cabe mencionar que en la práctica se pueden mejorar muchos aspectos de los recintos acústicos, ya que con la ayuda del equipo de audio cuando ya está instalado se pueden hacer pruebas sonoras para constatar la calidad del ambiente sonoro y realizar una grabación de prueba para ver la efectividad del recinto en cuanto a su desempeño.
A continuación en la Tabla 35 se presenta la cotización del material para el aislamiento y acondicionamiento acústico de acuerdo a las propuestas realizadas, es debido mencionar que este material es de muy buena calidad y excelentes características, los precios contemplan los gastos de envío generados e instalación, pulido, sellado y barnizado como es el caso del Parquet de madera para el piso.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz
Tiempo de reverberación óptimo Top (s)
Tiempo de reverberación Final Ts (s)
Tolerancia +10%
