arquitectura - diseño acústico

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    A ntoni C arrin Isbert

    Diseo acsticode espacios

    arquitectnicos

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    Empresas patrocinadoras:

    CRISTALERA ESPAOLA, SA. Divisin Aislamiento. Isover Edificio Ederra-Centro Azca, Paseo de la Castellana 77, 28046 Madrid

    DICESVA, SL Villar 20, 08041 Barcelona

    EARPRO, SA / JBL PROFESSIONAL 7 SHURE Pol. Ind. I, Juan de la Cierva 23Nave 2, 08960 Sant Just Desvern (Barcelona)

    FIGUERAS INTERNATIONAL SEATING, SA Ctra. de Parets a Bigues km 7,7,08186 Lli de Munt (Barcelona)

    KNAUF GmbH Sucursal en Espaa Caleruega 79, 28033 Madrid

    KINGLAND, SL. Hppe Form Mandri 19, 08022 Barcelona

    MACCO, SL. Illbruck Sardenya 311, 08025 Barcelona

    NOTSON, SL. Realizaciones acsticas Gran Via de les Corts Catalanes 658,08010 Barcelona

    ROLAND ELECTRONICS DE ESPAA, SA Bolivia 239, 08020 Barcelona

    Primera edicin: julio de 1998

    La presente obra fue galardonada en el quinto concurso"Ajut a l'elaboraci de material docent" convocado por la UPC.

    Con la colaboracin del Servei de Publicacions de la UPC

    Diseo de la cubierta: Manuel AndreuDiseo y montaje de interiores: Edicions UPC y Alemany, sccl

    Antoni Carrin, 1998

    Edicions UPC, 1998Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel. 93 401 68 83 Fax. 93 401 58 85http://www.upc.es/edicions/index.htmle-mail: [email protected]

    Produccin: Talleres Grficos Hostench, SAc/ Crcega 231-233, 08036 Barcelona

    Depsito legal: B-28.015-98ISBN: 84-8301-252-9

    Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares delcopyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcialde esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y eltratamiento informtico y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler oprstamo pblicos, as como la exportacin e importacin de ejemplares para sudistribucin y venta fuera del mbito de la Unin Europea.

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    A la meva esposa Margi i als meusfi ll s Gerard, Albert i Marc

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    Agradecimientos

    Deseo expresar mi agradecimiento al seor Josep Maria Serra-Muoz, de Edicions UPC, porel inters mostrado y la confianza depositada en mi persona ya desde un primer momento,cuando el libro era slo un proyecto. Asimismo, dar las gracias a la Universidad Politcnicade Catalua por la concesin de una ayuda para la elaboracin de material docente. Tambinmerecen especial mencin las siguientes empresas patrocinadoras, cuya aportacin ha facili-tado la edicin del libro a gusto del autor:

    CRISTALERIA ESPAOLA, S.A. EARPRO, S.A.

    DICESVA, S.L. FIGUERAS International Seating, S.A. KINGLAND, S.L. KNAUF GmbH Sucursal en Espaa J.R.MACCO, S.L. NOTSON, S.L. ROLAND Electronics de Espaa, S.A.

    Igualmente deseo dejar constancia de mi ms profunda admiracin y veneracin por elprofesor Alfredo Bonavida, quien con su ilimitada capacidad y su inagotable vitalidad meintrodujo en el apasionante mundo de la acstica.

    Por ltimo, destacar la inestimable ayuda de mis ms directos colaboradores, sin loscuales el libro nunca hubiese podido ver la luz: Bernat Roman (colaborador y asesor), MCarme Vilagins (soporte informtico), Vctor Polo (parte grfica) y Pedro Cerd (asesor yconsejero).

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    ndice

    Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    1 Principios bsicos del sonido1.1 Definicin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.2 Generacin y propagacin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.3 Frecuencia del sonido (f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.4 Espectro frecuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5 Clasificacin de los sonidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

    1.5.1 Sonidos deterministas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5.2 Sonidos aleatorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.6 Banda de frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.7 Velocidad de propagacin del sonido (c) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.8 Longitud de onda del sonido ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.9 Nivel de presin sonora (SPL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.10 Percepcin del sonido en funcin de la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

    1.10.1 Relacin entre niveles de presin sonora (SPL) y frecuencia (f ) . . . . . . . . . 361.10.2 Enmascaramiento del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

    1.11 Medicin del sonido: el sonmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391.11.1 Medidas globales. Escala lineal y red de ponderacin A . . . . . . . . . . . . . . . 401.11.2 Filtros para anlisis frecuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411.11.3 El sonmetro integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    1.12 Criterios de evaluacin del ruido de fondo en un recinto. Curvas NC . . . . . . . . . . . 421.13 El sistema de fonacin humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    1.13.1 Caractersticas del mensaje oral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.13.2 Directividad de la voz humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

    1.14 Propagacin del sonido en el espacio libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471.15 Propagacin del sonido en un recinto cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

    1.15.1 Sonido reflejado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491.15.2 Estudio de las primeras reflexiones. Acstica geomtrica . . . . . . . . . . . . . . 51

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    1.15.3 Percepcin subjetiva de primeras reflexiones. Ecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531.15.4 Eco flotante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

    1.15.5 Modos propios de una sala. Acstica ondulatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561.15.6 Balance energtico sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591.15.7 Campo directo y campo reverberante. Nivel total de presin sonora . . . . . . 611.15.8 Tiempo de reverberacin RT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.15.9 Clculo de la inteligibilidad de la palabra: %ALCons y STI/RASTI . . . . . . 671.15.10Relacin entre el tiempo de reverberacin y la inteligibilidad

    de la palabra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

    2 Materiales y elementos utilizados en el acondicionamiento acstico derecintos

    2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.2 Absorcin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712.2.1 Absorcin de los materiales utilizados en la construccin de las

    paredes y techo de un recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.2.2 Absorcin del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732.2.3 Absorcin de las superficies vibrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.2.4 Materiales absorbentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752.2.5 Elementos absorbentes selectivos (resonadores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882.2.6 Absorcin del pblico y de las sillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.2.7 Incidencia rasante. Efecto seat dip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

    2.3 Reflexin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

    2.3.1 Estudio de reflectores. Efecto de difraccin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . 1152.4 Difusin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1232.4.1 Difusores policilndricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1252.4.2 Difusores de Schroeder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

    3 Diseo acstico de espacios de uso comunitario,de uso deportivo y de salasde conferencias/aulas

    3.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373.2 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

    3.2.1 Ruido de fondo (curvas NC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1383.2.2 Tiempo de reverberacin (RT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.2.3 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1413.2.4 Efecto tambor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1423.2.5 Sistema de megafona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

    3.3 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1453.3.1 Procedimiento para la obtencin del tiempo de reverberacin RT mid

    deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1453.3.2 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . 1473.3.3 Criterios para la eliminacin o atenuacin del efecto tambor . . . . . . . . . . 1483.3.4 Criterios de ubicacin de los altavoces del sistema de megafona . . . . . . . 149

    3.4 Ejemplos prcticos de diseo acstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

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    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    3.4.1 Bar-restaurante de la Escuela Tcnica Superior de Arquitecturadel Valls, Sant Cugat (Barcelona, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

    3.4.2 Polideportivo del Campus Norte de la Universidad Politcnicade Catalua, Barcelona (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1553.4.3 Sala de actos del edificio docente de la Direccin General de Deportes de

    la Generalitat de Catalua, Esplugues de Llobregat (Barcelona, Espaa) . 1573.5 Ejemplos prcticos de diseo de sistemas de megafona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

    3.5.1 Pabelln Polideportivo de Zurbano (Vitoria, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . 1613.5.2 Catedral de Vitoria (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

    4 Diseo acstico de teatros4.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1694.2 Teatros al aire libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

    4.2.1 Teatros clsicos griegos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1704.2.2 Teatros clsicos romanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1724.3 Teatros en recintos cerrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

    4.3.1 Teatros del Renacimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1744.3.2 Teatros del Barroco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1764.3.3 Teatros de proscenio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1774.3.4 Teatros con escenario integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1784.3.5 Teatros circulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

    4.4 Objetivos acsticos asociados a teatros. Parmetros bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 1814.4.1 Tiempo de reverberacin (RT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

    4.4.2 Invariancia del tiempo de reverberacin con la escenografa . . . . . . . . . . . 1824.4.3 Parmetros asociados a las primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1834.4.4 Parmetros asociados a la inteligibilidad de la palabra . . . . . . . . . . . . . . . 1854.4.5 Sonoridad (S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864.4.6 Condiciones y situacin ptima del actor (teatros de proscenio) . . . . . . . . 186

    4.5 Posibles anomalas asociadas a teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1874.5.1 Coloracin de la voz y falsa localizacin de la fuente sonora . . . . . . . . . . 1874.5.2 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1874.5.3 Curvas NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

    4.6 Resumen de los valores recomendados de los parmetros acsticosasociados a teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

    4.7 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1914.7.1 Relacin entre volumen, nmero de asientos y tiempo dereverberacin medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

    4.7.2 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1924.7.3 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1944.7.4 Procedimientos para la obtencin del tiempo de reverberacin RT mid

    deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1954.7.5 Criterios para la generacin de primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.7.6 Perfil terico ptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2034.7.7 Distancia mxima recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

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    4.7.8 Criterios para conseguir una sonoridad ptima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2074.7.9 Criterios para prevenir o eliminar la coloracin de la voz

    o una falsa localizacin de la fuente sonora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2084.7.10 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizacionesdel sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

    4.8 Resumen de los criterios generales de diseo de teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2104.8.1 Parmetros acsticos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2114.8.2 Volumen de la sala y nmero de asientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2114.8.3 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2124.8.4 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2124.8.5 Materiales recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2124.8.6 Generacin de primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2124.8.7 Perfil terico ptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2134.8.8 Distancia mxima recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2134.8.9 Sonoridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2144.8.10 Condiciones acsticas ptimas para el actor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2144.8.11 Prevencin o eliminacin de la coloracin de la voz, de una falsa

    localizacin de la fuente sonora y de ecos y focalizaciones del sonido . . . 2144.9 Ejemplo prctico de diseo. Teatro de la Casa de la Cultura,

    Tres Cantos (Madrid, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2154.9.1 Descripcin del espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2154.9.2 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2164.9.3 Materiales utilizados como acabados del recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

    4.9.4 Resumen de los resultados de las medidas realizadasy valoracin acstica de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

    5 Diseo acstico de salas de conciertos5.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2235.2 Objetivos acsticos asociados a salas de conciertos.

    Parmetros bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2245.2.1 Grado de reverberacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2245.2.2 Sonoridad (G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2285.2.3 Initial-Time-Delay Gap (t I) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2285.2.4 Relaciones energticas (ELR): C t, Ct0, Cx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2295.2.5 Claridad musical (C 80) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2305.2.6 Curva de energa reflejada acumulada (RECC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2325.2.7 Textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2335.2.8 Espacialidad del sonido: amplitud aparente de la fuente sonora (ASW) . . 2335.2.9 Espacialidad del sonido: sensacin de sonido envolvente (LEV) . . . . . . . . 2365.2.10 Objetivos acsticos relacionados con el escenario y la orquesta . . . . . . . . 238

    5.3 Posibles anomalas asociadas a salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2405.3.1 Efectos anmalos sobre la calidad tonal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2405.3.2 Desplazamiento de la fuente sonora (falsa localizacin) . . . . . . . . . . . . . . 2405.3.3 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

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    5.3.4 Galera de los susurros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2415.3.5 Curvas NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

    5.4 Resumen de los valores recomendados de los parmetros acsticosasociados a salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2425.5 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

    5.5.1 Criterios para la eleccin del volumen y del nmero de asientos . . . . . . . . 2445.5.2 Criterios para la generacin de primeras reflexiones.

    Formas tpicas de salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2505.5.3 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2685.5.4 Incidencia rasante. Efecto seat dip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2685.5.5 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2695.5.6 Materiales recomendados en el diseo de la sala. Relacin

    con la calidez acstica y el brillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2705.5.7 Criterios para conseguir una sonoridad ptima.Mxima distancia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2715.5.8 Criterios para conseguir una amplitud aparente

    de la fuente sonora ptima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2735.5.9 Criterios para conseguir un sonido envolvente ptimo . . . . . . . . . . . . . . . 2755.5.10 Criterios para prevenir o eliminar la coloracin tonal . . . . . . . . . . . . . . . . 2765.5.11 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . 2775.5.12 Criterios de diseo del escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2815.5.13 Criterios de diseo de la concha acstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

    5.6 Mtodos de valoracin acstica de salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

    5.6.1 Valoracin objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2935.6.2 Valoracin subjetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2965.7 Resumen de los criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

    5.7.1 Parmetros acsticos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2985.7.2 Volumen de la sala y nmero de asientos. Relacin

    con el tiempo de reverberacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2985.7.3 Formas de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2995.7.4 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3005.7.5 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3005.7.6 Materiales recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3005.7.7 Sonoridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3015.7.8 Mxima distancia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3015.7.9 Prevencin o eliminacin de coloraciones tonales, ecos

    y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3015.7.10 Mejora de la impresin espacial del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3025.7.11 Escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

    5.8 Ejemplo prctico de diseo. Auditorio de Tenerife,Santa Cruz de Tenerife (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3035.8.1 Descripcin del espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3035.8.2 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3035.8.3 Materiales utilizados como acabados del recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

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    5.8.4 Resumen de los resultados de la simulacin acstica realizaday valoracin acstica de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

    6 Acstica variable para espacios multifuncionales6.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3136.2 Acstica variable mediante elementos fsicos variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

    6.2.1 Variacin del volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3156.2.2 Sillas mviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3206.2.3 Variacin de la absorcin adicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.2.4 Ventajas e inconvenientes de la variacin de absorcin respecto

    a la variacin de volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3276.2.5 Ejemplo prctico de diseo. Teatro Orchard (Gran Bretaa) . . . . . . . . . . . 327

    6.3 Acstica variable mediante sistemas electrnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3296.3.1 Resonancia Asistida (AR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3306.3.2 Reverberacin de canal mltiple (MCR) o Sistema de Amplificacin

    del Campo Sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3326.3.3 Sistema de Control Acstico (ACS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

    6.4 Ventajas e inconvenientes de la utilizacin de sistemas electrnicos frenteal uso de elementos fsicos variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3326.4.1 Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3326.4.2 Inconvenientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

    6.5 Comentario final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

    7 Diagnosis,simulacin acstica de recintos y sistemas de creacinde sonido virtual

    7.1 Diagnosis acstica de recintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3357.1.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3357.1.2 Protocolo de medida correspondiente a recintos destinados a la palabra . . 3357.1.3 Protocolo de medida correspondiente a recintos destinados a la msica . . 3377.1.4 Ejemplos prcticos de diagnosis acstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3407.1.5 Diagnosis acstica del Teatro Municipal de Girona (Espaa) . . . . . . . . . . 3427.1.6 Diagnosis acstica del Palau de la Msica Catalana, Barcelona (Espaa) . 348

    7.2 Simulacin acstica de recintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3597.2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3597.2.2 Descripcin del programa de simulacin acstica AURA . . . . . . . . . . . . . 3597.2.3 Parmetros calculados por el programa AURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3647.2.4 Otras opciones del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

    7.3 Sistemas de creacin de sonido virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.3.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.3.2 Concepto de auralizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3817.3.3 Estructura de los sistemas de auralizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3827.3.4 Sistema de auralizacin basado en la unidad

    de reverberacin digital Roland R-880 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

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    Apndice 1 :Estudio y diseo de difusores unidimensionales QRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

    Apndice 2:Formulacin de los parmetros acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

    Apndice 3:Ficha tcnica de 66 salas de conciertos de relevancia mundial . . . . . . . . . . . . . . . 417

    Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

    Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

    ndice alfabtico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

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    Prlogo

    El campo de la acstica, como muchos otros campos de la ciencia, es extremadamente amplio.No en vano engloba disciplinas tan diversas como la acstica ambiental, la acstica musical,la psicoacstica y la acstica arquitectnica, entre otras.

    Este libro se centra exclusivamente en la acstica arquitectnica y, ms concretamente,en el diseo o acondicionamiento acstico de recintos. Dicho de una manera simple, el acon-dicionamiento acstico consiste en la definicin de las formas y revestimientos de las super-ficies interiores de un recinto con objeto de conseguir las condiciones acsticas ms adecua-das para el tipo de actividad a la que se haya previsto destinarlo.

    A menudo, el acondicionamiento acstico se confunde con el aislamiento acstico. Esta

    temtica, si bien complementaria a la anterior, es conceptualmente distinta, ya que se refiereal conjunto de acciones encaminadas a la obtencin de una correcta atenuacin en la transmi-sin de ruido y vibraciones entre los diferentes espacios que integran un recinto.

    El libro est destinado a arquitectos, a estudiantes de arquitectura, a los diferentescolectivos que intervienen directa o indirectamente en el diseo o remodelacin de cualquiertipo de recinto y, en general, a todas aquellas personas interesadas en el campo de la acsticaarquitectnica.

    El objetivo bsico del libro consiste en proporcionar unos criterios para el diseo acs-tico de un amplio conjunto de espacios tipo, a fin de cubrir la inmensa mayora de casos prc-ticos que se puedan presentar.

    El libro est exento de formulacin matemtica compleja, ya que, desde mi punto devista, no se trata de convertir a los lectores en expertos en la materia, sino ms bien de pro-porcionarles unos conocimientos que les permitan dialogar con los especialistas usando unaterminologa comn. En el caso de los arquitectos, es mi deseo que, a partir de dichos cono-cimientos, sean capaces de calibrar en cada momento y en su justa medida las repercusionesa nivel acstico que se puedan derivar de sus planteamientos en la fase de diseo.

    El libro es fruto de la experiencia que he ido acumulando a lo largo de mis ms de vein-te aos de ejercicio de la profesin, tanto en mi faceta de profesor e investigador universita-rio, como en la de ingeniero del rea de proyectos de sonido del Comit Organizador Olmpi-co Barcelona 92 y, ms recientemente y en paralelo con la primera, como director de laempresa de consultora Audioscan, ingeniera del sonido.

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    Para su elaboracin me ha sido de gran utilidad el extenso material preparado con moti-vo de la imparticin, en 1.996, del curso de especializacin titulado Acondicionamiento

    Acstico de Espacios Arquitectnicos, dentro de los programas de formacin continuadaorganizados por la Fundacin Politcnica de Catalua.En cuanto al contenido del libro, ha sido mi intencin respetar al mximo los criterios

    de aquellos expertos avalados por una dilatada trayectoria profesional y considerados interna-cionalmente como autoridades en la materia, y tan slo me he decidido a exponer aquellos sis-temas originales propios que han sido merecedores de un reconocimiento pblico en cuanto asu valor cientfico.

    El libro est estructurado en siete captulos y tres apndices. De todos ellos, solamenteel captulo 7 y el apndice 2 estn reservados a especialistas.

    En el captulo 1 se exponen los principios bsicos relativos a la generacin y propaga-cin del sonido y se describe de forma simplificada el comportamiento del mismo tanto enespacios abiertos como cerrados.El captulo 2 est dedicado a describir los materiales y elementos ms comnmente uti-lizados en el acondicionamiento acstico de recintos, como son los absorbentes, los reflecto-res y los difusores del sonido. En el apartado de absorbentes no se han incluido tablas exhaus-tivas de coeficientes de absorcin de materiales, pues se trata de una informacin que se hallaen la prctica totalidad de libros dedicados a acstica.

    En los captulos 3 a 6 se estudian los diferentes espacios tipo incluidos en el libro. Encada uno de ellos se exponen los objetivos acsticos que se deben cumplir, se presenta unconjunto de criterios genricos de diseo y se dan ejemplos prcticos de diseo. El hecho deque existan conceptos comunes a diferentes espacios tipo ha obligado a un cierto grado de

    repeticin a fin de que cada captulo tenga la mxima independencia posible respecto alresto.El captulo 3 est destinado a los espacios de uso comunitario, de uso deportivo y a las

    salas de conferencias/aulas. ste es el nico captulo donde se trata la temtica de los siste-mas de megafona, aunque de forma muy resumida. Los captulos 4 y 5 estn dedicados, res-pectivamente, al estudio de teatros y salas de conciertos, por tratarse de espacios de mayorcomplejidad y por ser representativos de espacios destinados a la palabra y a la msica. En elcaptulo 6 se trata de la acstica variable aplicada a espacios multifuncionales.

    Finalmente, en el captulo 7 se expone la metodologa necesaria para establecer la diag-nosis acstica de un recinto, se presenta un programa de simulacin acstica y se describenalgunos de los sistemas actuales de creacin de sonido virtual. Asimismo, se presentan dosejemplos prcticos de diagnosis acstica de recintos.Por lo que a los apndices se refiere, el apndice 1 est destinado al diseo de difuso-res unidimensionales de residuo cuadrtico, como ampliacin de lo expuesto en el captulo 2sobre difusores del sonido. En el apndice 2 se incluye toda la formulacin matemtica de losparmetros definidos en los diferentes captulos. En el apndice 3 se presenta una tabla coninformacin relativa a 66 salas de conciertos de prestigio internacional, extrada del libro deL. Beranek titulado Concert & Opera Halls: How They Sound , publicado en 1.996.

    En cuanto a la bibliografa, he optado por dar exclusivamente una bibliografa bsica, ypor tanto muy limitada, partiendo de la base de que el lector puede hallar una bibliografamucho ms extensa simplemente consultando los libros referidos.

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    Espero que este libro sirva para aumentar el grado de sensibilizacin hacia la acstica,a la vez que sea til para concienciar a los diferentes colectivos sobre la importancia y tras-

    cendencia que el diseo acstico tiene en la calidad final de una sala. Slo as ser posible quela acstica adquiera el protagonismo que se merece en el contexto de un proyecto de obra civilya desde sus primeras etapas de gestacin.

    Antoni Carrin Junio de 1998

    PRLOGO

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    Introduccin

    Imaginemos por un momento la siguiente escena: entre bastidores, en un nuevo auditorio,momentos antes del concierto inaugural. Personajes: el director de la orquesta, el arquitecto yel gerente de la sala. Lgicamente, cada uno estar con la mirada puesta en un aspecto distin-to: el gerente, pendiente de si todas las localidades van siendo ocupadas; el arquitecto, preo-cupado de si la obra por l realizada contar con el beneplcito del pblico; el director, sumi-do en un grado de mxima concentracin con objeto de lograr el acoplamiento perfecto entretodos los msicos integrantes de la orquesta.

    Pero entre todos estos deseos subyace una pregunta todava sin respuesta: cmo sona-

    r el nuevo recinto?De la respuesta a dicha pregunta depender en buen grado la calidad de la interpreta-cin musical, el xito del arquitecto y, por ende, el de la sala en cuestin.

    Cmo sonar el auditorio?, de qu depende la respuesta a dicha pregunta?Cualquier amante de la msica conoce la respuesta: depende de la acstica.La acstica es una de las ciencias clsicas ms jvenes. La primera referencia escrita

    donde se conjugan criterios acsticos y arquitectnicos corresponde al romano Vitruvio en elsiglo I antes de Jesucristo. En su opinin, la geometra de los teatros griegos (en forma de aba-nico) y de los romanos (la clsica arena) estaba basada en una definicin previa de la acs-tica ms adecuada en cada caso.

    Sin embargo, hasta finales del siglo XIX, la acstica era considerada una ciencia ine-xacta y, en consecuencia, no resulta extrao que continuamente aparecieran explicaciones eso-tricas a travs de las cuales se pretendan aclarar los misterios de esta materia.

    Sirva como ejemplo la vieja creencia, totalmente errnea, de que la acstica de una salade conciertos mejora con el tiempo, como si se tratase de un buen vino.

    En todas las pocas se han construido salas con mejor o peor acstica, y lo cierto es que,en la mayora de casos, slo aqullas consideradas como excelentes han resistido el transcursode los aos. Tal vez se podra afirmar que es la reputacin de la sala la que puede ir en aumen-to con el tiempo, en funcin del prestigio y calidad de los artistas que en ella intervienen.

    En cualquier caso, conviene tener presente que los xitos en el diseo, desde un puntode vista acstico, eran fruto de una combinacin de intuicin y experiencia, si bien el princi-

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    pal ingrediente era la suerte: suerte en la definicin de las formas y suerte en la eleccin delos materiales constructivos.

    A pesar del desconocimiento reinante, es bien cierto que ya los primeros compositoresescriban su msica pensando en el recinto donde haba de ser interpretada, e incluso la ade-cuaban para que el resultado final fuese ptimo. Es el caso, por ejemplo, de la Pasin segnSan Mateo, de J.S. Bach, escrita especialmente para la Thomaskirche, de Leipzig, donde lhaba sido cantor. As las cosas, cabra preguntarse hasta qu punto tambin los arquitectosdiseaban conscientemente sus edificios de acuerdo con las necesidades especficas acstico-musicales, con objeto de lograr una perfecta conjuncin entre forma y funcin. La evolucinde la arquitectura de las iglesias protestantes constituye un buen ejemplo del efecto de las exi-gencias acsticas sobre el volumen de la sala. Cuando el sermn se convirti en un elementoprimordial del servicio, el volumen de las iglesias de nueva construccin fue reducido, obte-nindose as una mejor comprensin de la palabra como consecuencia de la disminucin dela reverberacin.A finales del siglo XIX, y concretamente en 1.877, el fsico ingls lord Rayleigh publi-c un tratado con el ttulo de Theory of Sound , que contena los fundamentos tericos de estaciencia y que an hoy en da sirve de referencia. Con todo, las explicaciones all vertidas sobreacstica de salas se limitaban a generalidades del siguiente tipo:

    En relacin con la acstica de edificios pblicos, hay varios puntos que permanecenoscuros. ... A fin de evitar la reverberacin, a menudo se hace necesario colocar moquetas ocortinas para absorber el sonido. En algunos casos, la presencia de la audiencia es ya sufi-ciente para conseguir el efecto deseado.

    No es, pues, de extraar que los arquitectos de la poca se mostrasen abiertamente que-

    josos por la falta de criterios claros a los que recurrir a la hora de definir las formas de unasala para obtener una acstica ptima. ste es el caso de Charles Garnier, arquitecto de lapera de Pars, que en 1.880 haca las siguientes manifestaciones:

    Es lamentable que la acstica y yo nunca hayamos llegado a entendernos. Me produ-ce gran dolor no dominar esta extraa ciencia, pero despus de una labor de quince aos, ape-nas he progresado en relacin al primer da. ... He ledo libros y he hablado con expertos; enninguna parte he encontrado una luz que me gue; al contrario, nicamente afirmaciones con-trapuestas.

    No deja de ser curioso que en una poca caracterizada por descubrimientos revolucio-narios en campos como el de la fsica atmica, el progreso de la acstica, que pretende expli-car un fenmeno tan cotidiano como es el comportamiento del sonido en un recinto, fuese tanlento. Con toda seguridad, el motivo principal de tal paradjica situacin no era otro que lafalta de equipamiento electrnico con el que poder hacer mediciones objetivas. En efecto, elnico sistema del que se dispona era el odo humano, pero su rpida adaptacin a cualquiertipo de recinto con independencia de su comportamiento acstico imposibilitaba su empleocomo instrumento de medida.

    Los ruegos de Garnier y otros prestigiosos arquitectos fueron atendidos al otro lado delAtlntico cuando, en 1.895, Wallace Clement Sabine empez su trabajo pionero encaminadoa la aplicacin de la acstica en la arquitectura.

    W.C. Sabine, profesor asociado del departamento de Fsica de la Universidad de Har-vard, se haba dedicado inicialmente a los campos de la ptica y la electricidad. Su cambio de

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    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    rumbo cientfico se produjo cuando el rector de la Universidad le solicit que se ocupase debuscar una solucin para la psima acstica del recin construido Fogg Art Museum. A pesar

    de la precariedad de medios de que dispona, fue capaz de encontrarla con extrema diligencia;la consecuencia fue inmediata: recibi el encargo de realizar el estudio acstico del nuevoBoston Music Hall. En un principio Sabine dud, pero acab aceptando. Ante todo se dedica revisar los datos experimentales que haba recopilado en su anterior experiencia. La nochedel 29 de octubre de 1.898, y de forma repentina, encontr una justificacin analtica a losresultados recopilados, gritando a su madre, la nica persona que se encontraba en su casa:Mam, es una hiprbola!. Acababa de descubrir que la reverberacin de un recinto erainversamente proporcional a la cantidad de absorcin del mismo. Haba nacido la clebreecuacin de reverberacin de Sabine, utilizada universalmente hasta nuestros das como par-metro primordial para la caracterizacin acstica de una sala.

    La acstica se consolid como una nueva ciencia a partir de los aos 30, con posterio-ridad a la prematura muerte de Sabine, en 1.919, fundamentalmente por el desarrollo de la tec-nologa de micrfonos, amplificadores a vlvulas y altavoces, y su utilizacin como herra-mienta habitual en trabajos de campo. Posteriormente, con la evolucin de los equiposelectrnicos de medicin, ha sido posible relacionar una serie de parmetros subjetivos talescomo: inteligibilidad de la palabra, claridad musical, reverberacin, envolvente espacial delsonido o intimidad acstica con otros parmetros objetivos obtenidos directamente a partir demediciones efectuadas in situ.

    En las ltimas dcadas, y en el campo de la simulacin acstica, se han venido utili-zando mayoritariamente dos sistemas completamente diferentes, aunque complementarios: lasmaquetas y los programas informticos.

    Las maquetas son modelos del recinto construidos a escala que permiten estudiar elcomportamiento de las ondas sonoras en su interior. A partir de una serie de medidas efec-tuadas sobre las mismas, y siguiendo un proceso de extrapolacin, es posible obtener unosresultados orientativos en cuanto al comportamiento acstico del local. Con objeto de optimi-zar la simulacin, los factores de escala ms comnmente utilizados han sido 1:8 y 1:10. Sinembargo, el espacio requerido para su ubicacin, el coste y el tiempo de construccin, y enespecial la aparicin de paquetes de software especficamente diseados para aplicaciones enlos campos de la acstica y la sonorizacin, han hecho que su utilizacin actual quede prcti-camente circunscrita a proyectos de gran prestigio y envergadura.

    El advenimiento de los programas de simulacin acstica, al inicio de la dcada de los80, supuso un salto cualitativo importante en la mejora de las previsiones efectuadas en rela-cin con los resultados finales, con el recinto construido. Dichas previsiones consistan en unclculo estimativo de los parmetros acsticos ms representativos del recinto, y supusieronun notable avance en cuanto a tiempo y dinero respecto al empleo exclusivo de maquetas.

    Como complemento a ambos sistemas aparecen, ya en la dcada de los 90, los deno-minados sistemas de creacin de sonido virtual, que permiten llevar a cabo lo que se ha con-venido en llamar auralizacin. La auralizacin es el proceso a travs del cual es posiblerealizar una escucha, en cualquier punto de un recinto, de un mensaje oral o un pasaje musi-cal, con la particularidad de que ello se lleva a cabo de forma virtual (antes de que dicho recin-to se haya construido o remodelado). La mencionada escucha se puede efectuar mediante alta-voces o, preferentemente, por medio de auriculares.

    INTRODUCCIN

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    En la actualidad, la existencia de programas de simulacin ms potentes y perfecciona-dos y de sistemas de creacin de sonido virtual ms evolucionados ha representado un avan-

    ce significativo en la modelizacin acstica de recintos, tanto en la fase de diseo como en lafase de anlisis.En la fase de diseo, constituyen una herramienta extremadamente til, al facilitar la

    toma de decisiones en cuanto a formas y revestimientos interiores ptimos del recinto.En la fase de anlisis, permiten predecir con un elevado grado de fiabilidad cul ser el

    comportamiento acstico de una sala, a partir del conocimiento de las formas y de los mate-riales propuestos como acabados interiores de la misma.

    Del diseo acstico de un conjunto representativo de espacios tipo, as como del esta-do actual de los programas de simulacin acstica y de los sistemas de creacin de sonido vir-tual, se tratar a lo largo de los siete captulos de que consta este libro.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

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    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    1Principios bsicos del sonido

    1.1 Definicin del sonido

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

    Vibracin mecnica que se propaga a travs de un medio material elstico y denso(habitualmente el aire), y que es capaz de producir una sensacin auditiva. De dichadefinicin se desprende que, a diferencia de la luz, el sonido no se propaga a travs del

    vaco y, adems, se asocia con el concepto de estmulo fsico. Sensacin auditiva producida por una vibracin de carcter mecnico que se propaga atravs de un medio elstico y denso.

    1.2 Generacin y propagacin del sonido

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

    Las partculas no se desplazan con la perturbacin, sino que simplemente oscilan alre-dedor de su posicin de equilibrio. La manera en que la perturbacin se traslada de un lugara otro se denomina propagacin de la onda sonora.

    Si se considera como fuente sonora, por ejemplo, un tambor, un golpe sobre su mem-brana provoca una oscilacin. Cuando la membrana se desplaza hacia fuera, las partculas deaire prximas a su superficie se acumulan crendose una zona de compresin, mientras queen el caso contrario, dichas partculas se separan, lo cual da lugar a una zona de enrareci-miento o dilatacin (figura 1.1).

    La oscilacin de las partculas tiene lugar en la misma direccin que la de propagacinde la onda. En este caso se habla de ondas sonoras longitudinales, en contraposicin a las

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    ondas electromagnticas que son transversales (oscilacin de la seal generadora perpendicu-lar a la direccin de propagacin de la onda).

    La manera ms habitual de expresar cuantitativamente la magnitud de un campo sono-ro es mediante la presin sonora, o fuerza que ejercen las partculas de aire por unidad desuperficie.

    En la figura 1.2 se observa la evolucin de la presin P T, en funcin del tiempo, en unpunto situado a una distancia cualquiera de la fuente sonora. Dicha presin se obtiene comosuma de la presin atmosfrica esttica P 0y la presin asociada a la onda sonora p.Se observan incrementos y dismi-nuciones peridicas de presin sonoraalrededor de su valor de equilibrio, corres-pondiente a la presin atmosfrica estticaP0. Dichas variaciones van asociadas a losprocesos de compresin y dilatacincomentados anteriormente. El valor mxi-mo de la oscilacin respecto a P 0 recibe elnombre de amplitud de la presin asocia-da a la onda sonora, y se representa por laletra P.

    1.3 Frecuencia del sonido (f)

    El nmero de oscilaciones por segundo de la presin sonora p se denomina frecuencia (f) delsonido y se mide en hertzios (Hz) o ciclos por segundo (c/s).

    Lgicamente, la frecuencia del sonido coincide con la frecuencia de la vibracin mec-nica que lo ha generado (en el ejemplo anterior, la frecuencia de oscilacin de la membranadel tambor).

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    Fig. 1.1 Zonas de compresin y dilatacin de las partculas de aire en la propagacin de una onda sonora

    Tiempo (s)

    Presin sonora total PT

    P 0+ P

    P 0- P

    P 0

    Fig. 1.2 Evolucin de la presin sonora total P T enfuncin del tiempo en un punto cualquiera del espacio

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    En la figura 1.3 se observan dos ejemplos de presin sonora p asociada a oscilacionesde diferente frecuencia.

    1.4 Espectro frecuencial

    La gran mayora de los sonidos que percibimos no constan nicamente de una sola frecuen-cia, sino que estn constituidos por mltiples frecuencias superpuestas. Incluso cada uno delos sonidos generados por un instrumento musical estn formados por ms de una frecuencia.

    Se puede conocer qu frecuencias componen un sonido observando el denominado espec-

    tro frecuencial (o simplemente espectro) del mismo, entendiendo por tal la representacin gr-fica de las frecuencias que lo integran junto con su correspondiente nivel de presin sonora.

    1.5 Clasificacin de los sonidos

    Los sonidos se dividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representarsiempre mediante una expresin matemtica que indica la forma en que vara la correspon-diente presin sonora en funcin del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibra-ciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se puedendescribir mediante parmetros estadsticos.

    A continuacin se definen los sonidos ms representativos pertenecientes a cada grupo.

    1.5.1 Sonidos deterministas

    1.5.1.1 Sonido peridico simple (tono puro)

    Es el tipo ms simple de sonido existente en la naturaleza. Se compone de una nica frecuen-cia (f 0) constante, por lo que su espectro est constituido por una sola raya (figura 1.4). Elsonido producido por un diapasn es de este tipo.

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    1 s

    1 Hz

    Tiempo (s)0

    P

    - P

    Presi n sonora p Presi n sonora p

    1 s

    10 Hz

    Tiempo (s)0

    P

    - P

    Fig. 1.3 Ejemplos de oscilaciones de frecuencias 1 y 10 Hz

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    1.5.1.2 Sonido peridico complejo

    Sonido caracterizado por una frecuencia origen, denominada fundamental o primer armnico,y un conjunto finito (y a veces infinito) de frecuencias mltiplos de sta, denominados arm-nicos. Por regla general, la frecuencia fundamental es la que lleva asociada ms potencia sono-ra. La mayora de instrumentos musicales producen este tipo de sonidos.

    En la figura 1.5 se representa un sonido de este tipo formado por una frecuencia fun-damental o primer armnico (f 0) y su tercer armnico (3f 0).

    1.5.1.3 Sonido transitorio

    Sonido resultante de la brusca liberacin de energa bajo la forma, por ejemplo, de explosio-nes o impactos. Es de aparicin repentina y tiene una duracin breve. A diferencia de los soni-dos peridicos comentados anteriormente, contiene un gran nmero de componentes frecuen-

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    30

    Tiempo (s)

    Frecuencia (Hz)

    Presi n sonora p Espectro frecuencial

    f 0

    Fig. 1.4 Tono puro y su espectro frecuencial

    Frecuencia (Hz)

    Espectro frecuencial

    Tiempo (s)

    Presi n sonora p

    1 arm nicoer

    3 arm nicoer (1 + 3 arm nicos)er er Sonido peri dico complejo

    f 0 3f 0

    Fig. 1.5 Sonido peridico complejo y su espectro frecuencial

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    ciales que no guardan una relacin armnica entre s, sino que forman un espectro continuo.Una palmada constituye un ejemplo de este tipo de sonidos.

    En la figura 1.6 se representa un sonido transitorio denominado pulso rectangular, as como su espectro frecuencial.

    1.5.2 Sonidos aleatorios

    Los sonidos aleatorios estn formados por muchas frecuencias de valor impredecible. Habi-

    tualmente reciben el nombre de ruidos (ruido =sonido no deseado).En este caso, en lugar de utilizar el espectro frecuencial, se hace uso de la llamada den-sidad espectral de potencia, es decir, de la potencia sonora por unidad de frecuencia.

    Un sonido aleatorio caracterstico es el ruido blanco. Se define como aquel ruido quepresenta una densidad espectral de potencia constante. Un ejemplo de este tipo de ruido es elgenerado por una cascada de agua.

    En la figura 1.7 se aprecia la evolucin temporal de un sonido aleatorio y su corres-pondiente densidad espectral de potencia.

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Tiempo (s) Frecuencia (Hz)

    Espectro frecuencialPresi n sonora p

    Fig. 1.6 Pulso rectangular y su espectro frecuencial

    Frecuencia (Hz)

    Tiempo (s)

    Presi n sonora p Densidad espectral de potencia

    Fig. 1.7 Sonido aleatorio y correspondiente densidad espectral de potencia

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    1.6 Banda de frecuencias

    Las notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas frecuencias fundamentalesde 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 estcaracterizado por una frecuencia baja, en tanto que uno agudo lo est por una frecuencia alta.El conjunto de frecuencias situado entre ambos extremos se denomina banda o margen de fre-cuencias del piano. Dicha definicin es vlida para cualquier fuente sonora.

    En la figura 1.8 se muestran las bandas de frecuencias asociadas a diversos instrumen-tos musicales y a la voz humana.

    En el caso de la audicin humana, la banda de frecuencias audibles para una persona joven y sana se extiende, aproximadamente, de 20 Hz a 20.000 Hz (o bien 20 kHz). Las fre-cuencias inferiores a 20 Hz se llaman subsnicas y las superiores a 20 kHz ultrasnicas, dandolugar a los infrasonidos y ultrasonidos, respectivamente.

    1.7 Velocidad de propagacin del sonido (c)

    La velocidad de propagacin del sonido (c) es funcin de la elasticidad y densidad del mediode propagacin. Debido a que, en el aire, ambas magnitudes dependen de la presin atmosf-

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    Frecuencia (Hz)31,5 63

    SopranoContraltoTenor Bajo

    VIENTO-MADERAP coloFlautaOboeClarinete

    VIENTO-METAL

    TrompaTrompeta

    Tromb nTuba

    CUERDAViolnViolaViolonceloContrabajoGuitarra

    TECLADOPianorgano

    PERCUSI NCelesteXilfono

    VOZ

    125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.00016

    31,5 63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.00016

    Fig. 1.8 Bandas de frecuencias de instrumentos musicales y de la voz

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    rica esttica P 0 y de la temperatura, resulta que, considerando las condiciones normales de1 atmsfera de presin y 22 C de temperatura, la velocidad de propagacin del sonido es de,aproximadamente, 345 m/s.Si bien el aire constituye el medio habitual de propagacin de las ondas sonoras, con-viene tener presente que el sonido puede propagarse a travs de cualquier otro medio elsticoy denso. Cuanto ms denso y menos elstico sea el medio, mayor ser la velocidad del soni-do a su travs. Por ejemplo, la velocidad de propagacin del sonido generado por un tren a tra-vs de los rales es mucho mayor que a travs del aire, por lo que la vibracin del ral se per-cibir mucho antes que el sonido areo debido a dicho tren.

    1.8 Longitud de onda del sonido ( )

    Una vez definidos los conceptos fundamentales de frecuencia y velocidad de propagacin delsonido, es preciso definir otro concepto bsico que guarda una estrecha relacin con ambos:la longitud de onda del sonido ( ).

    Se define como la distancia entre dos puntos consecutivos del campo sonoro que sehallan en el mismo estado de vibracin en cualquier instante de tiempo. Por ejemplo, si en uninstante dado se seleccionan dos puntos consecutivos del espacio donde los valores de presinson mximos, la longitud de onda es precisamente la distancia entre ambos puntos (figura 1.9).

    La relacin entre las tres magnitudes: frecuencia (f), velocidad de propagacin (c) ylongitud de onda ( ), viene dada por la siguiente expresin:

    =c/f

    Segn se observa, para cada frecuencia, la longitud de onda depende del medio de pro-pagacin, ya que es proporcional a la velocidad, y sta vara para cada medio.

    Por otro lado, se puede ver que la longitud de onda y la frecuencia son inversamenteproporcionales, es decir, cuanto mayor es f menor es , y viceversa.

    Por ejemplo, en el aire, las longitudes de onda correspondientes a la banda de frecuen-cias audibles se hallan situadas entre 17,25 m (f =20 Hz) y 1,72 cm (f =20 kHz).

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Distancia (m)

    Presi n sonora total P T

    P 0+ P

    P 0- P

    P 0

    Fig. 1.9 Longitud de onda ( ) del sonido

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    En la figura 1.10 se presenta un nomograma que relaciona con f, suponiendo que elmedio de propagacin es el aire.

    1.9 Nivel de presin sonora (SPL)

    Segn se ha mencionado en el apartado 1.2, la presin sonora constituye la manera ms habi-tual de expresar la magnitud de un campo sonoro. La unidad de medida es el Newton/metro 2

    (N/m2

    ) o Pascal (Pa).En principio, el valor a considerar es la diferencia entre el valor fluctuante de la presinsonora total P T y su valor de equilibrio P 0. Debido a la variacin de dicha magnitud con eltiempo, se utiliza como valor representativo su promedio temporal, que recibe el nombre devalor eficaz o r.m.s. (root-mean-square).

    Ahora bien, la utilizacin de dicho valor eficaz da lugar a una serie de problemas cuyoorigen se halla en el comportamiento del odo humano y que a continuacin se exponen:

    La gama de presiones a las que responde el odo, desde el valor umbral de audicinhasta el que causa dolor, es extraordinariamente amplia. En concreto, la presin eficazsonora ms dbil que puede ser detectada por una persona, a la frecuencia de 1 kHz, esde 2 x 10 -5 Pa, mientras que el umbral de dolor tiene lugar para una presin eficaz delorden de 100 Pa (milsima parte de la presin atmosfrica esttica P 0 105 Pa, equiva-lente a 1 atmsfera). En consecuencia, la escala de presiones audibles cubre una gamadinmica de, aproximadamente, 1 a 5.000.000. Es obvio, pues, que la aplicacin direc-ta de una escala lineal conducira al uso de nmeros inmanejables.

    Nuestro sistema auditivo no responde linealmente a los estmulos que recibe, sino quems bien lo hace de forma logartmica. Por ejemplo, si la presin de un tono puro de 1kHz se dobla, la sonoridad, o sensacin subjetiva producida por el mismo, no llegar aser el doble. De hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar lapresin sonora por un factor de 3,16.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

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    10 20 50 100 200 500 1.000 2.000 5.000 10.000

    Frecuencia f (Hz)

    Longitud de onda (m)

    1020 5 12 0,5 0,10,2 0,05

    Fig. 1.10 Relacin entre longitud de onda ( ) y frecuencia (f) en el aire

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    Por los dos motivos expuestos, resulta razonable y conveniente hacer uso de una esca-la logartmica para representar la presin sonora. Dicha escala se expresa en valores relativosa un valor de referencia. Se trata de la presin eficaz correspondiente al umbral de audicin,a 1 kHz (2 x 10 -5 Pa). En tal caso, se habla de nivel de presin sonora SPL o L p. La unidad uti-lizada es el decibelio (dB). En el apndice 2 se da la correspondiente expresin matemtica.

    La utilizacin del umbral de audicin como referencia tiene como objetivo que todoslos sonidos audibles sean representados por valores SPL positivos.

    El uso de dB reduce la dinmica de presiones sonoras de 1:5 x 10 6 a niveles de presinsonora de 0 a 135 dB, donde 0 dB representa una presin igual al umbral de audicin (no sig-nifica, por tanto, ausencia de sonido) y 135 dB el umbral aproximado de dolor. De esta mane-ra, las cifras manejadas son mucho ms simples y, adems, se dan las siguientes relacionesentre cambios de nivel sonoro y su efecto subjetivo:

    1 dB: mnimo cambio de nivel sonoro perceptible 5 dB: cambio de nivel claramente percibido 10 dB: incremento asociado a una sonoridad doble

    En la tabla 1.1 se muestran los niveles de presin sonora correspondientes a una seriede sonidos y ruidos tpicos, junto con la valoracin subjetiva asociada.

    En la figura 1.11 se representan los niveles medios de presin sonora a 1 m de distan-cia producidos por una persona hablando con diferentes intensidades de voz.

    FUENTE SONORA NIVEL DE PRESIN SONORASPL (dB) VALORACIN SUBJETIVA DEL NIVEL

    Despegue avin (a 60 m) 120 Muy elevadoEdificio en construccin 110

    Martillo neumtico 100

    Camin pesado (a 15 m) 90 Elevado

    Calle (ciudad) 80

    Interior automvil 70

    Conversacin normal (a 1 m) 60 Moderado

    Oficina, aula 50

    Sala de estar 40Dormitorio (noche) 30 Bajo

    Estudio de radiodifusin 20

    35

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Tabla 1.1 Niveles de presin sonora correspondientes a sonidos y ruidos tpicos, y valoracin subjetiva asociada

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    1.10 Percepcin del sonido en funcin de la frecuencia

    1.10.1 Relacin entre niveles de presin sonora (SPL) y frecuencia (f)

    Como se ha comentado en el apartado 1.6, la banda de frecuencias audibles para una persona joven con una audicin normal, va desde 20 Hz (sonidos ms graves) hasta 20.000 Hz 20kHz (sonidos ms agudos).

    Ahora bien, el odo humano no tiene la misma sensibilidad para todo este margen de

    frecuencias. En la figura 1.12 se observa la variacin de los umbrales de audicin y de doloren funcin de la frecuencia.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

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    Intensidad de la vozNormal AltaBaja Muy alta Grito

    50

    60

    70

    80

    90

    N i v e l d e l h a b l a a 1 m e t r o ( d B )

    Fig. 1.11 Niveles medios de presin sonora SPL, a 1 m de distancia, producidospor una persona hablando con diferentes intensidades de voz

    Umbral de audici n

    Frecuencia (Hz)

    31,5 6320 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000

    N i v e l d e p r e s i n s o n o r a S P L ( d B ) Umbral de dolor

    140

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    Fig. 1.12 Niveles audibles en funcin de la frecuencia

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    37

    A partir de la observacin de la figura 1.12, se extraen las siguientes conclusiones: Para niveles bajos de presin sonora, el odo es muy insensible a bajas frecuencias, es decir,

    el nivel de presin sonora de un sonido grave tiene que ser mucho ms elevado que elcorrespondiente a un sonido de frecuencias medias para que ambos produzcan la mismasonoridad. Por ejemplo, un nivel SPL =70 dB, a 20 Hz, produce la misma sonoridad queun nivel SPL =5 dB, a 1 kHz (sonoridad =sensacin subjetiva de nivel sonoro).

    Para dichos niveles bajos, el odo tambin presenta una cierta atenuacin a altas fre-cuencias.

    A medida que los niveles aumentan, el odo tiende a responder de forma ms homog-nea en toda la banda de frecuencias audibles, hasta el punto de que cuando son muy ele-vados, la sonoridad asociada a tonos puros de diferente frecuencia es muy parecida.Este cambio de comportamiento del odo en funcin del nivel de seal explica el hecho

    de que al subir el volumen del amplificador de un equipo de msica, se percibe un mayor con-tenido de graves y agudos del pasaje musical reproducido. Igualmente pone de manifiesto laconfusin que puede surgir al seleccionar unas cajas acsticas de parecida calidad: las demayor rendimiento, y que por tanto radian ms potencia sonora para la misma potencia elc-trica aplicada, pueden producir la sensacin de que suenan mejor, exclusivamente debido aque la percepcin de graves y agudos es mayor.

    Una vez descrito el comportamiento del odo humano desde el punto de vista de la per-cepcin de niveles en funcin de la frecuencia, es conveniente establecer una comparacinentre los mismos y las zonas representativas de generacin sonora asociada a la voz humanay a los instrumentos musicales convencionales (figura 1.13).

    Segn se puede apreciar, la capacidad de la persona como receptora del sonido esmucho mayor que como emisora.

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Umbral de audici n

    Frecuencia (Hz)

    31,5 6320 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16. 000

    N i v e l d e p r e s i

    n s o n o r a S P L ( d B )

    Palabra

    Msica

    Umbral de dolor

    140

    120

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    Fig. 1.13 Niveles audibles en funcin de la frecuencia juntocon las zonas correspondientes a la msica y a la palabra

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    30/420

    1.10.2 Enmascaramiento del sonido

    Cuando el odo est expuesto a dos o ms tonos puros de frecuencias diferentes, existe la posi-bilidad de que uno de ellos enmascare los dems y, por tanto, evite su percepcin de formaparcial o total. Del mismo modo, es evidente la dificultad que entraa entender una conver-sacin en presencia de ruido.

    El fenmeno del enmascaramiento se explica de una manera simplificada consideran-do la forma en que la denominada membrana basilar es excitada por tonos puros de diferentefrecuencia. La membrana basilar se extiende a lo largo de la cclea (conducto en forma decaracol de seccin prcticamente circular alojado en el interior del odo interno), desde la lla-mada ventana oval (zona de separacin entre el odo medio y el odo interno) hasta el extre-mo superior de aqulla.

    En la figura 1.14 se muestra la amplitud relativa del desplazamiento de la membramabasilar en funcin de la distancia a la ventana oval, para cuatro tonos de frecuencia diferente.

    Se observa que los tonos de alta frecuencia producen un desplazamiento mximo en lazona prxima a la ventana oval y que, a medida que la frecuencia disminuye, dicho mximose va desplazando hacia puntos ms alejados de la misma.

    Por otra parte, la excitacin es asimtrica puesto que presenta una cola que se extiendehacia la ventana oval (zona de frecuencias altas), mientras que por el lado contrario (frecuen-cias bajas) sufre una brusca atenuacin.

    La consecuencia de tal asimetra es que un tono de baja frecuencia puede enmascararotro de frecuencia ms elevada, tanto ms, cuanto mayor sea su nivel de presin sonora. Elloes debido a que la zona de frecuencias cubierta por su cola ser ms extensa. En cambio, alconsiderar la situacin inversa, el grado de enmascaramiento es claramente inferior.

    La figura 1.15 muestra el efecto de enmascaramiento entre dos tonos puros A y B encuatro situaciones distintas, por lo que a frecuencias y niveles asociados se refiere.

    a) La frecuencia del tono A es mayor que la del tono B y los niveles son semejantesenmascaramiento inapreciable

    b) La frecuencia del tono A es ligeramente mayor que la del tono B y los niveles son seme- jantes el tono B enmascara parcialmente el A

    c) La frecuencia del tono A es mayor que la del tono B, mientras que su nivel es bastanteinferior se produce un enmascaramiento prcticamente total

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

    38

    Distancia a la ventana oval (mm)

    A m p l i t u d r e l a t i v a 1600 400 200 50 Hz

    0 20 30 40

    400 Hz 200 Hz 50 Hz1.600 Hz

    20100 30 40

    Fig. 1.14 Amplitud relativa del desplazamiento de la membrana basilar para diferentes tonos puros

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    39

    d) La frecuencia y el nivel del tono A son superiores a las del tono B el enmascara-miento producido es mnimo

    1.11 Medicin del sonido: el sonmetro

    Debido a la complejidad del funcionamiento del odo humano, hasta el momento actual noha sido posible disear un aparato de medida objetiva del sonido que sea capaz de dar unos

    resultados del todo equivalentes, para cualquier tipo de sonido, a las valoraciones subjetivasasociadas al mismo. Sin embargo, resulta evidente la necesidad de disponer de un instru-mento electrnico que permita medir sonidos bajo unas condiciones rigurosamente prefija-das, de manera que los resultados obtenidos sean siempre objetivos y repetitivos, dentro deunos mrgenes de tolerancia conocidos. Dicho aparato recibe el nombre de sonmetro (f igu-ra 1.16).

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Alta frecuencia Baja frecuencia A

    A

    A

    AB

    B

    B

    B

    ( a )

    ( c )

    ( d )

    ( b )

    Ventana Oval

    Fig. 1.15 Respuesta de la membrana basilar a diferentes combinaciones de tonos puros

    Fig. 1.16 Diferentes modelos de sonmetros convencionales (Dicesva, S.L.)

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    El sonmetro mide exclusivamente niveles de presin sonora. Su unidad de procesadopermite realizar medidas globales, o bien por bandas de frecuencias, con diferentes respues-tas temporales (respuestas Fast, Slow, Impulse o Peak).Por otro lado, con el fin de reducir al mximo las posibles diferencias entre las medi-ciones efectuadas con sonmetros de distintas marcas y modelos, existen unas normas inter-nacionales a las que deben ceirse los fabricantes de tales instrumentos.

    En Europa, las ms representativas son las normas CEI (Comisin Electrotcnica Inter-nacional) y, en concreto, las CEI 60651 y CEI 60804. Las normas equivalentes en Espaa son,respectivamente, la UNE-EN 60651 y la UNE-EN 60804.

    1.11.1 Medidas globales.Escala lineal y red de ponderacin A

    1.11.1.1 Escala lineal

    La medida del nivel de presin sonora SPL o L p utilizando dicha escala significa que no seaplica ningn tipo de acentuacin ni atenuacin a ninguna de las frecuencias integrantes delsonido objeto de anlisis.

    1.11.1.2 Red de ponderacin A

    Debido a la diferente sensibilidad del odo a las distintas frecuencias, los valores obtenidos

    haciendo uso de la escala lineal no guardan una relacin directa con la sonoridad del sonidoen cuestin. Con objeto de que la medida realizada sea ms representativa de la sonoridad aso-ciada a un sonido cualquiera, los sonmetros incorporan la llamada red de ponderacin A. Enla figura 1.17 se representa la curva de respuesta correspondiente a dicha red de ponderacin.

    Obsrvese que la frecuencia de 1 kHz queda inalterada y, por tanto, se puede conside-rar de referencia, y que para frecuencias inferiores existe una importante atenuacin de nivel.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

    40

    10

    0

    -10

    -20

    -30

    -40

    -50

    -60

    -7010 100 1.000 10.000

    Frecuencia (Hz) N i v e l r e l a t i v o d e p r e s i n s o n o r a ( d B )

    Fig. 1.17 Red de ponderacin A

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    41

    Los niveles de presin sonora medidos con la red de ponderacin A se representan conlas letras L A y se expresan en dBA o dB(A).

    1.11.2 Filtros para anlisis frecuencial

    En la mayora de casos no es suficiente conocer el nivel de presin sonora total L p y el nivelponderado L A , sino que es necesario disponer de una informacin ms detallada de su espec-tro, es decir, de su contenido energtico a distintas frecuencias. Es lo que se ha convenido enllamar anlisis frecuencial de la seal.

    Con este fin, existen sonmetros que incorporan un conjunto de filtros elctricos, cadauno de los cuales slo deja pasar aquellas frecuencias que estn dentro de una banda de fre-cuencias determinada (habitualmente se trabaja con bandas de 1 octava). La banda de 1 octa-va incluye todas las frecuencias comprendidas entre una frecuencia dada y la frecuencia doble.Dicha denominacin tiene su origen en el lenguaje musical. En la tabla 1.2 se indican las fre-cuencias centrales de tales bandas, segn prescribe la norma ISO 266.

    Por otra parte, las 6 bandas de octava cuyas frecuencias centrales estn comprendidasentre 125 Hz y 4.000 Hz son las que generalmente se consideran tanto en la fase de diseoacstico como en la de diagnosis acstica de recintos, segn se ver a lo largo de los prxi-mos captulos.

    1.11.3 El sonmetro integrador

    El sonmetro integrador realiza medidas del nivel de presin sonora obtenido como resultadode promediar linealmente la presin sonora cuadrtica instantnea a lo largo del tiempo demedida. Dicha medida se denomina nivel continuo equivalente de presin sonora y se desig-na por L eq.

    Este tipo de sonmetro representa la alternativa actual al sonmetro convencional, yaque permite disponer de tiempos de promediado ms largos, pudiendo llegar a muchos minu-tos o, incluso, horas.

    Habitualmente, las medidas se realizan utilizando la red de ponderacin A, en cuyo casola designacin correcta sera L Aeq. Ahora bien, como la ponderacin A est totalmente gene-ralizada, la representacin mediante las letras L eq supone implcitamente el uso de la ponde-racin A, a menos que se indique expresamente lo contrario.

    El nivel Leq se utiliza como criterio de valoracin del ruido ocupacional, de acuerdo conla norma ISO 1999.

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    FRECUENCIAS CENTRALES DE LAS BANDAS DE OCTAVA ESTANDARIZADAS(ISO 266)

    16 31,5 63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000

    Tabla 1.2 Frecuencias centrales de las bandas de octava estandarizadas segn la norma ISO 266, en Hz

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    1.12 Criterios de evaluacin del ruido de fondo en un recinto.Curvas NC

    La evaluacin objetiva del grado de molestia que un determinado ruido ambiental provoca enun oyente se realiza por comparacin de los niveles de ruido existentes en un recinto, en cadabanda de octava comprendida entre 63 Hz y 8 kHz, con un conjunto de curvas de referenciadenominadas NC (Noise Criteria).

    Las curvas NC son, adems, utilizadas de forma generalizada para establecer los nive-les de ruido mximos recomendables para diferentes tipos de recintos en funcin de su apli-cacin (oficinas, salas de conferencias, teatros, salas de conciertos, etc.).

    Se dice que un recinto cumple una determinada especificacin NC (por ejemplo: NC-20) cuando los niveles de ruido de fondo, medidos en cada una de dichas bandas de octava,estn por debajo de la curva NC correspondiente (figura 1.18).

    Segn se puede observar, las curvas NC siguen de forma aproximada la evolucin de lasensibilidad del odo en funcin de la frecuencia. Ello significa que, para una determinadacurva NC, los niveles SPL mximos permitidos a bajas frecuencias (sonidos graves) son siem-pre ms elevados que los correspondientes a frecuencias altas (sonidos agudos), ya que el odoes menos sensible a medida que la frecuencia considerada es menor.

    Lgicamente, para verificar el cumplimiento de una determinada especificacin NC, esnecesario analizar el ruido de fondo presente en el recinto por bandas de octava.

    Ahora bien, el nivel de ruido de fondo en un recinto se puede representar, alternativa-mente, por el nivel global de presin sonora L A o Leq (medidos en dBA). Se puede comprobarque, a partir de la curva NC-35, dicho nivel est aproximadamente 10 dB por encima delcorrespondiente valor NC. Por ejemplo, si el nivel de ruido de fondo existente en un recintoes de 50 dBA, ello significa que dicho recinto cumple la especificacin NC-40.

    En consecuencia, la medida del nivel global L A o Leq constituye una forma indirecta yaproximada de determinar la curva NC de una sala cuando no se dispone de un sonmetro confiltros para el anlisis frecuencial.

    En la tabla 1.3 se muestran las curvas NC recomendadas para diferentes tipos de recin-tos, junto con su equivalencia en dBA.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

    420

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 N i v e l d e p r e s i n s o n o r a S P L ( d B )

    NC 70

    NC 60

    NC 40

    NC 30

    NC 50

    NC 20

    Frecuencia (Hz)

    NC 15

    Fig. 1.18 Curvas NC (Noise Criteria)

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    Finalmente, cabe mencionar que existen otros criterios de evaluacin del ruido defondo, como las curvas PNC (Preferred Noise Criteria) y las NR (Noise Rating), de fun-cionamiento operativo anlogo a las curvas NC.

    1.13 El sistema de fonacin humana

    Los rganos que forman parte del sistema de fonacin humana y que constituyen el denomi-nado tracto vocal son: los pulmones, la laringe, la faringe, la cavidad nasal y la cavidad bucal(figura 1.19).

    TIPOS DE RECINTOS CURVANC EQUIVALENCIA ENdBARECOMENDADA

    Estudios de grabacin 15 28Salas de conciertos y teatros 15-25 28-38

    Hoteles (habitaciones individuales) 20-30 33-42Salas de conferencias / Aulas 20-30 33-42

    Despachos de oficinas / Bibliotecas 30-35 42-46Hoteles (vestbulos y pasillos) 35-40 46-50

    Restaurantes 35-40 46-50Salas de ordenadores 35-45 46-55

    Cafeteras 40-45 50-55Polideportivos 40-50 50-60

    Talleres (maquinaria ligera) 45-55 55-65 Talleres (maquinaria pesada) 50-65 60-75

    43

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Tabla 1.3 Curvas NC recomendadas y niveles de ruido de fondo equivalentes (en dBA)

    Laringe

    Cavidadnasal

    Tr quea

    Faringe

    Cuerdas

    vocales Cavidad

    bucal

    Volumenpulmonar

    Contracci n muscular

    Tr quea

    Cavidadbucal Laringe

    Cavidadnasal

    Cuerdasvocales

    Faringe

    Salidanasal

    Salidabucal

    Fig. 1.19 Tracto vocal y representacin esquemtica del mismo

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    El flujo de aire impulsado por los pulmones pasa por la laringe. En ella se encuentransituadas las cuerdas vocales. Dicho aire provoca un movimiento rpido de abertura y cierre delas mismas (vibracin), producindose una modulacin del mencionado flujo (figura 1.20).

    La duracin de un ciclo completo de aber-tura y cierre es de aproximadamente 8 ms (mili-segundos). Es el denominado pulso glotal (figura1.21). En dicho intervalo la velocidad volumtri-ca del aire pasa de un valor mximo (mximaelongacin de las cuerdas vocales) a un valor nulo

    (cuerdas vocales en su posicin de equilibrio).El nmero de ciclos completos porsegundo es, en consecuencia, de 125. De estaforma, el espectro frecuencial de la seal gene-rada presenta una mxima contribucin a la fre-cuencia de 125 Hz (frecuencia fundamental) yun conjunto de armnicos situados a frecuenciasmltiplos de la anterior (figura 1.22).

    Dicho espectro resulta alterado como con-secuencia de la existencia de las tres cavidadesque atraviesa el flujo de aire: faringe, cavidadnasal y cavidad bucal, que actan a modo de cavi-dades resonantes. El resultado final no es otroque la voz caracterstica de cada persona.

    Los sonidos generados de la forma anterior-mente expuesta se denominan sonidos sonoros. Aeste grupo de sonidos pertenecen todas las vocales,as como aquellas consonantes generadas a partir dela vibracin de las cuerdas vocales (/b/, /d/, /g/, etc.).

    Existen, adems, otro tipo de sonidosdenominados sonidos sordos. Dichos sonidos se

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

    44

    Fig. 1.20 Fases sucesivas de un ciclo de vibracin de las cuerdas vocales

    2.000 4.0000 125 500 1.000

    A m p l i t u d r e l a t i v a

    ( d B )

    Frecuencia (Hz)

    0

    -10

    -20

    -30

    -40

    -50

    Fig. 1.22 Espectro frecuencial de la sealgenerada por la vibracin de las cuerdas vocales

    8 ms

    Tiempo (ms) V e l o c i d a d v o l u m

    t r i c a

    ( c m

    3 / s

    )

    Fig. 1.21 Flujo de aire en un pulso glotal

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    37/420

    generan sin vibracin alguna de las cuerdas vocales, simplemente mediante una constriccindel flujo de aire que atraviesa la cavidad bucal. A este grupo pertenecen la mayora de conso-

    nantes (/s/, /f/, /p/, /t/, /k/, etc.).

    1.13.1 Caractersticas del mensaje oral

    Cuando una persona emite un mensaje, emplea un tiempo mayor en la emisin de las vocalesque en la de las consonantes. Es por ello que las vocales constituyen el llamado rgimen per-manente del habla, mientras que las consonantes se asocian al rgimen transitorio.

    La duracin en promedio de una vocal es del orden de 90 ms, reducindose a 20 ms enel caso de una consonante.

    El hecho de que la duracin de las vocales sea ms elevada hace que el nivel de presin

    sonora asociado a las mismas sea, en promedio, del orden de 12 dB mayor que el correspon-diente a las consonantes. Por otra parte, su contenido frecuencial es ms rico en bajas fre-cuencias, mientras que las consonantes presentan una mayor contribucin de altas frecuencias.

    Por otro lado, el grado de inteligibilidad de la palabra est estrechamente relacionadocon la correcta percepcin de las altas frecuencias. En consecuencia, son las consonantes lasque determinan la comprensin del mensaje oral. En cambio, la informacin contenida en lasvocales es redundante. En la tabla 1.4 se resumen las caractersticas mencionadas.

    En la figura 1.23 se muestra la contribucin de cada banda de frecuencias de octava alnivel de la voz y a la inteligibilidad de la palabra.

    Segn se puede observar, la mxima contribucin al nivel de la voz se sita en la zonade frecuencias medias, destacando la banda de 500 Hz con un 46%. En cambio, la mximacontribucin a la inteligibilidad de la palabra est situada a frecuencias ms elevadas (57%sumando la contribucin de las bandas de 2 y 4 kHz).

    1.13.2 Directividad de la voz humana

    En general, cualquier fuente sonora radia ms potencia en unas direcciones que en otras y, portanto, presenta una cierta directividad. Dicha directividad depende de la frecuencia y aumen-ta con la misma.

    La manera de expresar la directividad de una fuente sonora en un punto cualquiera delespacio es mediante el denominado factor de directividad Q. El factor Q depende de la rela-cin entre el nivel de presin sonora producido por dicha fuente en la direccin consideraday el nivel que se obtendra si la fuente no fuese directiva. Cuanto mayor sea el nivel de pre-sin sonora en una direccin determinada, mayor ser el valor de Q en dicha direccin.

    DURACIN CONTENIDO NIVEL CONTRIBUCIN(PROMEDIO) FRECUENCIAL (PROMEDIO) A LA INTELIGIBILIDAD

    DOMINANTE DE LA PALABRA

    VOCALES 90 ms bajas frecuencias baja

    CONSONANTES 20 ms altas frecuencias alta

    45

    PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

    Tabla 1.4 Caractersticas ms relevantes del mensaje oral

    nivel vocales nivel consonantes +

    12 dB

    Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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    38/420

    La voz humana presenta unas caractersticas de directividad que vienen determinadaspor el sistema de fonacin y la forma de la cabeza, siendo la direccin frontal la de mayordirectividad. Si bien la directividad aumenta con la frecuencia (figura 1.24), a efectos prcti-

    cos, se considera que el factor de directividad de la voz humana en la direccin frontal es Q=2.

    A ttulo de ejemplo de todo lo expuesto anteriormente, en la figura 1.25 se muestra laevolucin de una frase filtrada en las bandas de 500 Hz y 4 kHz, suponiendo que la escuchase realiza delante y detrs del locutor.

    DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

    46

    -5 dB

    -10 dB

    -15 dB

    1 kHz

    0 dB

    4 kHz

    2 kHz

    500 Hz

    Fig. 1.24 Directividad de la voz humana en las bandas de octavacomprendidas entre 500 Hz y 4 kHz (segn Moreno y Pfretzschner)

    N i v e l d e p r e s i

    n s o n o r a S P L

    ( d B )

    125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000

    Frecuencia (Hz)

    Grito

    Voz muy alta

    Voz alta

    Voz normal

    Voz baja

    7% 22% 46% 20% 3% 2%5% 13% 20% 31% 26% 5%

    CONTRIBUCI N AL NIVEL DE LA VOZ

    CONTRIBUCI N A LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA

    80

    30

    70

    50

    40

    60