diseño acustico de espacios arquitectonicos

Antoni Carrin Isbert

Diseo acstico de espacios arquitectnicos

Empresas patrocinadoras: CRISTALERA ESPAOLA, SA. Divisin Aislamiento. Isover Edificio EderraCentro 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 23 Nave 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 Andreu Diseo y montaje de interiores: Edicions UPC y Alemany, sccl Antoni Carrin, 1998 Edicions UPC, 1998 Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SL Jordi Girona Salgado 31, 08034 Barcelona Tel. 93 401 68 83 Fax. 93 401 58 85 http://www.upc.es/edicions/index.html e-mail: [email protected]

Produccin:

Talleres Grficos Hostench, SA c/ Crcega 231-233, 08036 Barcelona

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

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

A la meva esposa Margi i als meus fills Gerard, Albert i Marc

Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

Agradecimientos

Deseo expresar mi agradecimiento al seor Josep Maria Serra-Muoz, de Edicions UPC, por el 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 Politcnica de Catalua por la concesin de una ayuda para la elaboracin de material docente. Tambin merecen especial mencin las siguientes empresas patrocinadoras, cuya aportacin ha facilitado 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.

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Igualmente deseo dejar constancia de mi ms profunda admiracin y veneracin por el profesor Alfredo Bonavida, quien con su ilimitada capacidad y su inagotable vitalidad me introdujo en el apasionante mundo de la acstica. Por ltimo, destacar la inestimable ayuda de mis ms directos colaboradores, sin los cuales el libro nunca hubiese podido ver la luz: Bernat Roman (colaborador y asesor), M Carme Vilagins (soporte informtico), Vctor Polo (parte grfica) y Pedro Cerd (asesor y consejero).


ndice

Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 Principios bsicos del sonido Definicin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Generacin y propagacin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Frecuencia del sonido (f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Espectro frecuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Clasificacin de los sonidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.5.1 Sonidos deterministas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.5.2 Sonidos aleatorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Banda de frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Velocidad de propagacin del sonido (c) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Longitud de onda del sonido () . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Nivel de presin sonora (SPL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Percepcin del sonido en funcin de la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.10.1 Relacin entre niveles de presin sonora (SPL) y frecuencia (f ) . . . . . . . . . 36 1.10.2 Enmascaramiento del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Medicin del sonido: el sonmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.11.1 Medidas globales. Escala lineal y red de ponderacin A . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.11.2 Filtros para anlisis frecuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.11.3 El sonmetro integrador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Criterios de evaluacin del ruido de fondo en un recinto. Curvas NC . . . . . . . . . . . 42 El sistema de fonacin humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.13.1 Caractersticas del mensaje oral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.13.2 Directividad de la voz humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Propagacin del sonido en el espacio libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Propagacin del sonido en un recinto cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.15.1 Sonido reflejado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.15.2 Estudio de las primeras reflexiones. Acstica geomtrica . . . . . . . . . . . . . . 51

11

1.12 1.13 1.14 1.15


DISEO ACSTICO DE ESPACIOS ARQUITECTNICOS

1.15.3 Percepcin subjetiva de primeras reflexiones. Ecos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 1.15.4 Eco flotante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 1.15.5 Modos propios de una sala. Acstica ondulatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 1.15.6 Balance energtico sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1.15.7 Campo directo y campo reverberante. Nivel total de presin sonora . . . . . . 61 1.15.8 Tiempo de reverberacin RT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.15.9 Clculo de la inteligibilidad de la palabra: %ALCons y STI/RASTI . . . . . . 67 1.15.10Relacin entre el tiempo de reverberacin y la inteligibilidad de la palabra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2 2.1 2.2 Materiales y elementos utilizados en el acondicionamiento acstico de recintos Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Absorcin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.2.1 Absorcin de los materiales utilizados en la construccin de las paredes y techo de un recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.2.2 Absorcin del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.2.3 Absorcin de las superficies vibrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.2.4 Materiales absorbentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.2.5 Elementos absorbentes selectivos (resonadores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.2.6 Absorcin del pblico y de las sillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 2.2.7 Incidencia rasante. Efecto seat dip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Reflexin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 2.3.1 Estudio de reflectores. Efecto de difraccin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . 115 Difusin del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 2.4.1 Difusores policilndricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 2.4.2 Difusores de Schroeder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Diseo acstico de espacios de uso comunitario, de uso deportivo y de salas de conferencias/aulas Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 3.2.1 Ruido de fondo (curvas NC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.2.2 Tiempo de reverberacin (RT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.2.3 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.2.4 Efecto tambor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 3.2.5 Sistema de megafona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 3.3.1 Procedimiento para la obtencin del tiempo de reverberacin RTmid deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 3.3.2 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . 147 3.3.3 Criterios para la eliminacin o atenuacin del efecto tambor . . . . . . . . . . 148 3.3.4 Criterios de ubicacin de los altavoces del sistema de megafona . . . . . . . 149 Ejemplos prcticos de diseo acstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

12

2.3 2.4

3 3.1 3.2

3.3

3.4


NDICE

3.5

Bar-restaurante de la Escuela Tcnica Superior de Arquitectura del Valls, Sant Cugat (Barcelona, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 3.4.2 Polideportivo del Campus Norte de la Universidad Politcnica de Catalua, Barcelona (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 3.4.3 Sala de actos del edificio docente de la Direccin General de Deportes de la Generalitat de Catalua, Esplugues de Llobregat (Barcelona, Espaa) . 157 Ejemplos prcticos de diseo de sistemas de megafona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 3.5.1 Pabelln Polideportivo de Zurbano (Vitoria, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . 161 3.5.2 Catedral de Vitoria (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Diseo acstico de teatros Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Teatros al aire libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.2.1 Teatros clsicos griegos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 4.2.2 Teatros clsicos romanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Teatros en recintos cerrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 4.3.1 Teatros del Renacimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 4.3.2 Teatros del Barroco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 4.3.3 Teatros de proscenio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 4.3.4 Teatros con escenario integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 4.3.5 Teatros circulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Objetivos acsticos asociados a teatros. Parmetros bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.4.1 Tiempo de reverberacin (RT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4.4.2 Invariancia del tiempo de reverberacin con la escenografa . . . . . . . . . . . 182 4.4.3 Parmetros asociados a las primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 4.4.4 Parmetros asociados a la inteligibilidad de la palabra . . . . . . . . . . . . . . . 185 4.4.5 Sonoridad (S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.4.6 Condiciones y situacin ptima del actor (teatros de proscenio) . . . . . . . . 186 Posibles anomalas asociadas a teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 4.5.1 Coloracin de la voz y falsa localizacin de la fuente sonora . . . . . . . . . . 187 4.5.2 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 4.5.3 Curvas NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Resumen de los valores recomendados de los parmetros acsticos asociados a teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 4.7.1 Relacin entre volumen, nmero de asientos y tiempo de reverberacin medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 4.7.2 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.7.3 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 4.7.4 Procedimientos para la obtencin del tiempo de reverberacin RTmid deseado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.7.5 Criterios para la generacin de primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 4.7.6 Perfil terico ptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.7.7 Distancia mxima recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

3.4.1

4 4.1 4.2 4.3

4.4

13

4.5

4.6 4.7



4.8

4.914

Criterios para conseguir una sonoridad ptima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Criterios para prevenir o eliminar la coloracin de la voz o una falsa localizacin de la fuente sonora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.7.10 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Resumen de los criterios generales de diseo de teatros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 4.8.1 Parmetros acsticos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.8.2 Volumen de la sala y nmero de asientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.8.3 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.8.4 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.8.5 Materiales recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.8.6 Generacin de primeras reflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.8.7 Perfil terico ptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4.8.8 Distancia mxima recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4.8.9 Sonoridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.8.10 Condiciones acsticas ptimas para el actor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 4.8.11 Prevencin o eliminacin de la coloracin de la voz, de una falsa localizacin de la fuente sonora y de ecos y focalizaciones del sonido . . . 214 Ejemplo prctico de diseo. Teatro de la Casa de la Cultura, Tres Cantos (Madrid, Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.9.1 Descripcin del espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.9.2 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.9.3 Materiales utilizados como acabados del recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 4.9.4 Resumen de los resultados de las medidas realizadas y valoracin acstica de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Diseo acstico de salas de conciertos Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Objetivos acsticos asociados a salas de conciertos. Parmetros bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 5.2.1 Grado de reverberacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 5.2.2 Sonoridad (G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 5.2.3 Initial-Time-Delay Gap (tI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 5.2.4 Relaciones energticas (ELR): Ct, Ct0, Cx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 5.2.5 Claridad musical (C80) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 5.2.6 Curva de energa reflejada acumulada (RECC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 5.2.7 Textura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 5.2.8 Espacialidad del sonido: amplitud aparente de la fuente sonora (ASW) . . 233 5.2.9 Espacialidad del sonido: sensacin de sonido envolvente (LEV) . . . . . . . . 236 5.2.10 Objetivos acsticos relacionados con el escenario y la orquesta . . . . . . . . 238 Posibles anomalas asociadas a salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 5.3.1 Efectos anmalos sobre la calidad tonal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 5.3.2 Desplazamiento de la fuente sonora (falsa localizacin) . . . . . . . . . . . . . . 240 5.3.3 Ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

4.7.8 4.7.9

5 5.1 5.2

5.3


NDICE

5.4 5.5

5.6 5.7

5.8

5.3.4 Galera de los susurros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 5.3.5 Curvas NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Resumen de los valores recomendados de los parmetros acsticos asociados a salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 5.5.1 Criterios para la eleccin del volumen y del nmero de asientos . . . . . . . . 244 5.5.2 Criterios para la generacin de primeras reflexiones. Formas tpicas de salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 5.5.3 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 5.5.4 Incidencia rasante. Efecto seat dip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 5.5.5 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 5.5.6 Materiales recomendados en el diseo de la sala. Relacin con la calidez acstica y el brillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 5.5.7 Criterios para conseguir una sonoridad ptima. Mxima distancia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 5.5.8 Criterios para conseguir una amplitud aparente de la fuente sonora ptima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 5.5.9 Criterios para conseguir un sonido envolvente ptimo . . . . . . . . . . . . . . . 275 5.5.10 Criterios para prevenir o eliminar la coloracin tonal . . . . . . . . . . . . . . . . 276 5.5.11 Criterios para prevenir o eliminar ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . 277 5.5.12 Criterios de diseo del escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 5.5.13 Criterios de diseo de la concha acstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Mtodos de valoracin acstica de salas de conciertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 5.6.1 Valoracin objetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 5.6.2 Valoracin subjetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Resumen de los criterios generales de diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 5.7.1 Parmetros acsticos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 5.7.2 Volumen de la sala y nmero de asientos. Relacin con el tiempo de reverberacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 5.7.3 Formas de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 5.7.4 Visuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 5.7.5 Anfiteatros y balcones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 5.7.6 Materiales recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 5.7.7 Sonoridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 5.7.8 Mxima distancia recomendada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 5.7.9 Prevencin o eliminacin de coloraciones tonales, ecos y focalizaciones del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 5.7.10 Mejora de la impresin espacial del sonido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 5.7.11 Escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Ejemplo prctico de diseo. Auditorio de Tenerife, Santa Cruz de Tenerife (Espaa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 5.8.1 Descripcin del espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 5.8.2 Objetivos acsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 5.8.3 Materiales utilizados como acabados del recinto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

15



5.8.4

Resumen de los resultados de la simulacin acstica realizada y valoracin acstica de la sala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

6 6.1 6.2

6.3

6.416

6.5 7 7.1

Acstica variable para espacios multifuncionales Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Acstica variable mediante elementos fsicos variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 6.2.1 Variacin del volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 6.2.2 Sillas mviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 6.2.3 Variacin de la absorcin adicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 6.2.4 Ventajas e inconvenientes de la variacin de absorcin respecto a la variacin de volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 6.2.5 Ejemplo prctico de diseo. Teatro Orchard (Gran Bretaa) . . . . . . . . . . . 327 Acstica variable mediante sistemas electrnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 6.3.1 Resonancia Asistida (AR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 6.3.2 Reverberacin de canal mltiple (MCR) o Sistema de Amplificacin del Campo Sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 6.3.3 Sistema de Control Acstico (ACS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 Ventajas e inconvenientes de la utilizacin de sistemas electrnicos frente al uso de elementos fsicos variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 6.4.1 Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 6.4.2 Inconvenientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 Comentario final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 Diagnosis, simulacin acstica de recintos y sistemas de creacin de sonido virtual Diagnosis acstica de recintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 7.1.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 7.1.2 Protocolo de medida correspondiente a recintos destinados a la palabra . . 335 7.1.3 Protocolo de medida correspondiente a recintos destinados a la msica . . 337 7.1.4 Ejemplos prcticos de diagnosis acstica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 7.1.5 Diagnosis acstica del Teatro Municipal de Girona (Espaa) . . . . . . . . . . 342 7.1.6 Diagnosis acstica del Palau de la Msica Catalana, Barcelona (Espaa) . 348 Simulacin acstica de recintos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 7.2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 7.2.2 Descripcin del programa de simulacin acstica AURA . . . . . . . . . . . . . 359 7.2.3 Parmetros calculados por el programa AURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 7.2.4 Otras opciones del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Sistemas de creacin de sonido virtual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 7.3.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 7.3.2 Concepto de auralizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 7.3.3 Estructura de los sistemas de auralizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 7.3.4 Sistema de auralizacin basado en la unidad de reverberacin digital Roland R-880 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

7.2

7.3


NDICE

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 acondicionamiento acstico consiste en la definicin de las formas y revestimientos de las superficies interiores de un recinto con objeto de conseguir las condiciones acsticas ms adecuadas 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 refiere al conjunto de acciones encaminadas a la obtencin de una correcta atenuacin en la transmisin de ruido y vibraciones entre los diferentes espacios que integran un recinto. El libro est destinado a arquitectos, a estudiantes de arquitectura, a los diferentes colectivos que intervienen directa o indirectamente en el diseo o remodelacin de cualquier tipo de recinto y, en general, a todas aquellas personas interesadas en el campo de la acstica arquitectnica. El objetivo bsico del libro consiste en proporcionar unos criterios para el diseo acstico de un amplio conjunto de espacios tipo, a fin de cubrir la inmensa mayora de casos prcticos que se puedan presentar. El libro est exento de formulacin matemtica compleja, ya que, desde mi punto de vista, no se trata de convertir a los lectores en expertos en la materia, sino ms bien de proporcionarles unos conocimientos que les permitan dialogar con los especialistas usando una terminologa comn. En el caso de los arquitectos, es mi deseo que, a partir de dichos conocimientos, sean capaces de calibrar en cada momento y en su justa medida las repercusiones a 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 veinte aos de ejercicio de la profesin, tanto en mi faceta de profesor e investigador universitario, como en la de ingeniero del rea de proyectos de sonido del Comit Organizador Olmpico Barcelona 92 y, ms recientemente y en paralelo con la primera, como director de la empresa de consultora Audioscan, ingeniera del sonido.

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Para su elaboracin me ha sido de gran utilidad el extenso material preparado con motivo de la imparticin, en 1.996, del curso de especializacin titulado Acondicionamiento Acstico de Espacios Arquitectnicos, dentro de los programas de formacin continuada organizados 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 internacionalmente como autoridades en la materia, y tan slo me he decidido a exponer aquellos sistemas originales propios que han sido merecedores de un reconocimiento pblico en cuanto a su valor cientfico. El libro est estructurado en siete captulos y tres apndices. De todos ellos, solamente el captulo 7 y el apndice 2 estn reservados a especialistas. En el captulo 1 se exponen los principios bsicos relativos a la generacin y propagacin del sonido y se describe de forma simplificada el comportamiento del mismo tanto en espacios abiertos como cerrados. El captulo 2 est dedicado a describir los materiales y elementos ms comnmente utilizados en el acondicionamiento acstico de recintos, como son los absorbentes, los reflectores y los difusores del sonido. En el apartado de absorbentes no se han incluido tablas exhaustivas de coeficientes de absorcin de materiales, pues se trata de una informacin que se halla en la prctica totalidad de libros dedicados a acstica. En los captulos 3 a 6 se estudian los diferentes espacios tipo incluidos en el libro. En cada uno de ellos se exponen los objetivos acsticos que se deben cumplir, se presenta un conjunto de criterios genricos de diseo y se dan ejemplos prcticos de diseo. El hecho de que 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 al resto. 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 sistemas de megafona, aunque de forma muy resumida. Los captulos 4 y 5 estn dedicados, respectivamente, al estudio de teatros y salas de conciertos, por tratarse de espacios de mayor complejidad y por ser representativos de espacios destinados a la palabra y a la msica. En el captulo 6 se trata de la acstica variable aplicada a espacios multifuncionales. Finalmente, en el captulo 7 se expone la metodologa necesaria para establecer la diagnosis acstica de un recinto, se presenta un programa de simulacin acstica y se describen algunos de los sistemas actuales de creacin de sonido virtual. Asimismo, se presentan dos ejemplos prcticos de diagnosis acstica de recintos. Por lo que a los apndices se refiere, el apndice 1 est destinado al diseo de difusores unidimensionales de residuo cuadrtico, como ampliacin de lo expuesto en el captulo 2 sobre difusores del sonido. En el apndice 2 se incluye toda la formulacin matemtica de los parmetros definidos en los diferentes captulos. En el apndice 3 se presenta una tabla con informacin relativa a 66 salas de conciertos de prestigio internacional, extrada del libro de L. 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, y por tanto muy limitada, partiendo de la base de que el lector puede hallar una bibliografa mucho ms extensa simplemente consultando los libros referidos.


PRLOGO

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 trascendencia que el diseo acstico tiene en la calidad final de una sala. Slo as ser posible que la acstica adquiera el protagonismo que se merece en el contexto de un proyecto de obra civil ya desde sus primeras etapas de gestacin. Antoni Carrin Junio de 1998

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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 y el gerente de la sala. Lgicamente, cada uno estar con la mirada puesta en un aspecto distinto: el gerente, pendiente de si todas las localidades van siendo ocupadas; el arquitecto, preocupado de si la obra por l realizada contar con el beneplcito del pblico; el director, sumido en un grado de mxima concentracin con objeto de lograr el acoplamiento perfecto entre todos los msicos integrantes de la orquesta. Pero entre todos estos deseos subyace una pregunta todava sin respuesta: cmo sonar el nuevo recinto? De la respuesta a dicha pregunta depender en buen grado la calidad de la interpretacin 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 el siglo I antes de Jesucristo. En su opinin, la geometra de los teatros griegos (en forma de abanico) y de los romanos (la clsica arena) estaba basada en una definicin previa de la acstica ms adecuada en cada caso. Sin embargo, hasta finales del siglo XIX, la acstica era considerada una ciencia inexacta y, en consecuencia, no resulta extrao que continuamente aparecieran explicaciones esotricas 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 sala de 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 transcurso de los aos. Tal vez se podra afirmar que es la reputacin de la sala la que puede ir en aumento 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 punto de 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 de los materiales constructivos. A pesar del desconocimiento reinante, es bien cierto que ya los primeros compositores escriban su msica pensando en el recinto donde haba de ser interpretada, e incluso la adecuaban para que el resultado final fuese ptimo. Es el caso, por ejemplo, de la Pasin segn San Mateo, de J.S. Bach, escrita especialmente para la Thomaskirche, de Leipzig, donde l haba sido cantor. As las cosas, cabra preguntarse hasta qu punto tambin los arquitectos diseaban conscientemente sus edificios de acuerdo con las necesidades especficas acsticomusicales, con objeto de lograr una perfecta conjuncin entre forma y funcin. La evolucin de la arquitectura de las iglesias protestantes constituye un buen ejemplo del efecto de las exigencias acsticas sobre el volumen de la sala. Cuando el sermn se convirti en un elemento primordial del servicio, el volumen de las iglesias de nueva construccin fue reducido, obtenindose as una mejor comprensin de la palabra como consecuencia de la disminucin de la reverberacin. A finales del siglo XIX, y concretamente en 1.877, el fsico ingls lord Rayleigh public un tratado con el ttulo de Theory of Sound, que contena los fundamentos tericos de esta ciencia y que an hoy en da sirve de referencia. Con todo, las explicaciones all vertidas sobre acstica de salas se limitaban a generalidades del siguiente tipo: En relacin con la acstica de edificios pblicos, hay varios puntos que permanecen oscuros. ... A fin de evitar la reverberacin, a menudo se hace necesario colocar moquetas o cortinas para absorber el sonido. En algunos casos, la presencia de la audiencia es ya suficiente para conseguir el efecto deseado. No es, pues, de extraar que los arquitectos de la poca se mostrasen abiertamente quejosos por la falta de criterios claros a los que recurrir a la hora de definir las formas de una sala para obtener una acstica ptima. ste es el caso de Charles Garnier, arquitecto de la pera de Pars, que en 1.880 haca las siguientes manifestaciones: Es lamentable que la acstica y yo nunca hayamos llegado a entendernos. Me produce gran dolor no dominar esta extraa ciencia, pero despus de una labor de quince aos, apenas he progresado en relacin al primer da. ... He ledo libros y he hablado con expertos; en ninguna parte he encontrado una luz que me gue; al contrario, nicamente afirmaciones contrapuestas. No deja de ser curioso que en una poca caracterizada por descubrimientos revolucionarios en campos como el de la fsica atmica, el progreso de la acstica, que pretende explicar un fenmeno tan cotidiano como es el comportamiento del sonido en un recinto, fuese tan lento. Con toda seguridad, el motivo principal de tal paradjica situacin no era otro que la falta de equipamiento electrnico con el que poder hacer mediciones objetivas. En efecto, el nico sistema del que se dispona era el odo humano, pero su rpida adaptacin a cualquier tipo de recinto con independencia de su comportamiento acstico imposibilitaba su empleo como instrumento de medida. Los ruegos de Garnier y otros prestigiosos arquitectos fueron atendidos al otro lado del Atlntico cuando, en 1.895, Wallace Clement Sabine empez su trabajo pionero encaminado a la aplicacin de la acstica en la arquitectura. W.C. Sabine, profesor asociado del departamento de Fsica de la Universidad de Harvard, se haba dedicado inicialmente a los campos de la ptica y la electricidad. Su cambio de


INTRODUCCIN

rumbo cientfico se produjo cuando el rector de la Universidad le solicit que se ocupase de buscar 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 nuevo Boston Music Hall. En un principio Sabine dud, pero acab aceptando. Ante todo se dedic a revisar los datos experimentales que haba recopilado en su anterior experiencia. La noche del 29 de octubre de 1.898, y de forma repentina, encontr una justificacin analtica a los resultados 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 era inversamente proporcional a la cantidad de absorcin del mismo. Haba nacido la clebre ecuacin de reverberacin de Sabine, utilizada universalmente hasta nuestros das como parmetro primordial para la caracterizacin acstica de una sala. La acstica se consolid como una nueva ciencia a partir de los aos 30, con posterioridad a la prematura muerte de Sabine, en 1.919, fundamentalmente por el desarrollo de la tecnologa de micrfonos, amplificadores a vlvulas y altavoces, y su utilizacin como herramienta habitual en trabajos de campo. Posteriormente, con la evolucin de los equipos electrnicos de medicin, ha sido posible relacionar una serie de parmetros subjetivos tales como: inteligibilidad de la palabra, claridad musical, reverberacin, envolvente espacial del sonido o intimidad acstica con otros parmetros objetivos obtenidos directamente a partir de mediciones efectuadas in situ. En las ltimas dcadas, y en el campo de la simulacin acstica, se han venido utilizando mayoritariamente dos sistemas completamente diferentes, aunque complementarios: las maquetas y los programas informticos. Las maquetas son modelos del recinto construidos a escala que permiten estudiar el comportamiento de las ondas sonoras en su interior. A partir de una serie de medidas efectuadas sobre las mismas, y siguiendo un proceso de extrapolacin, es posible obtener unos resultados orientativos en cuanto al comportamiento acstico del local. Con objeto de optimizar la simulacin, los factores de escala ms comnmente utilizados han sido 1:8 y 1:10. Sin embargo, el espacio requerido para su ubicacin, el coste y el tiempo de construccin, y en especial la aparicin de paquetes de software especficamente diseados para aplicaciones en los campos de la acstica y la sonorizacin, han hecho que su utilizacin actual quede prcticamente circunscrita a proyectos de gran prestigio y envergadura. El advenimiento de los programas de simulacin acstica, al inicio de la dcada de los 80, supuso un salto cualitativo importante en la mejora de las previsiones efectuadas en relacin con los resultados finales, con el recinto construido. Dichas previsiones consistan en un clculo estimativo de los parmetros acsticos ms representativos del recinto, y supusieron un 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 denominados sistemas de creacin de sonido virtual, que permiten llevar a cabo lo que se ha convenido en llamar auralizacin. La auralizacin es el proceso a travs del cual es posible realizar una escucha, en cualquier punto de un recinto, de un mensaje oral o un pasaje musical, con la particularidad de que ello se lleva a cabo de forma virtual (antes de que dicho recinto se haya construido o remodelado). La mencionada escucha se puede efectuar mediante altavoces o, preferentemente, por medio de auriculares.

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En la actualidad, la existencia de programas de simulacin ms potentes y perfeccionados y de sistemas de creacin de sonido virtual ms evolucionados ha representado un avance significativo en la modelizacin acstica de recintos, tanto en la fase de diseo como en la fase 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 materiales propuestos como acabados interiores de la misma. Del diseo acstico de un conjunto representativo de espacios tipo, as como del estado actual de los programas de simulacin acstica y de los sistemas de creacin de sonido virtual, se tratar a lo largo de los siete captulos de que consta este libro.

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Bibliografa

Libros

Ando, Y. (1.985) Concert Hall Acoustics, Springer Verlag, Berln Barron, M. (1.993) Auditorium Acoustics and Architectural Design, E&FN Spon, Londres Beranek, L.L. (1.962) Music, Acoustics and Architecture, Wiley, Nueva York Beranek, L.L. (1.996) Concert and Opera Halls: How They Sound, Acoustical Society of America, Nueva York Cremer, L. y Mueller, H. (1.982) Principles and Applications of Room Acoustics, Vols. 1 y 2, Applied Science Publishers Ltd., Londres Forsyth, M. (1.987) Auditoria, The Mitchell Publishing Company Limited, Londres Izenour, G. (1.977) Theater Design, McGraw Hill Book Company, Nueva York Knudsen, V.O. y Harris, C.M. (1.978) Acoustical Designing in Architecture, Acoustical Society of America, Nueva York Kuttruff, H. (1.991) Room Acoustics, Elsevier Science Publishers Ltd., Nueva York

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Artculos

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Referencias

Captulo 1 Fig. 1.16: cortesa de Dicesva, S.L. Fig. 1.20: Rossing, T.D. (1.983) The Science of Sound, Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts Fig. 1.24: Moreno, A. y Pfretzschner, J. (1.977) Human head directivity in speech emission: a new approach, Acoustic Letters, 1- 78-84 Fig. 1.51: Kurtovic, H. (1.975) The influence of reflected sounds upon speech intelligibility, Acustica 33, 32-39 Captulo 2 Figs. 2.30, 2.52b y 2.75: cortesa de Audioscan, S.L. Figs. 2.4, 2.5, 2.18, 2.20, 2.31 y 2.32: cortesa de Cristalera Espaola, S.A. Figs. 2.6 y 2.7: cortesa de Macco, S.L. Fig. 2.17: cortesa de Metrasoni, S.L. Figs. 2.19, 2.23 y 2.24: cortesa de Wanner y Vinyas, S.A. Figs. 2.21 y 2.22: cortesa de Notson, S.L. Fig. 2.25: cortesa de Heraklith Espaa, S.L. Fig. 2.39: Cremer, L. y Mueller, H. (1.982) Principles and Applications of Room Acoustics, Vol. 2, Applied Science Publishers Ltd., Londres Fig. 2.48: cortesa de C.i.C.S. Cortines i Control Solar, S.L. Fig. 2.49: cortesa de Knauf GmbH Sucursal en Espaa Fig. 2.50: cortesa de Acieroid, S.A. Fig. 2.51: cortesa de Cermicas del Ter, S.A. Figs. 2.56, 2.57 y 2.58: cortesa de Figueras International Seating, S.A. Fig. 2.63: Rossing, T.D. (1.983) The Science of Sound, Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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Figs. 2.73, 2.83 izqda. y 2.84: Beranek, L.L. (1.996) Concert and Opera Halls: How They Sound, Acoustical Society of America, Nueva York Fig. 2.79 dcha.: cortesa de Audio Sntesis, S.L. Fig. 2.83 dcha.: Barron, M. (1.993) Auditorium Acoustics and Architectural Design, E&FN Spon, Londres Fig. 2.85: cortesa de Audio Sntesis, S.L. Captulo 3 Figs. 3.4, 3.12 y 3.13: cortesa de Audioscan, S.L. Fig. 3.9: cortesa de la Universidad Politcnica de Catalua Fig. 3.16: cortesa de Saski Baskonia, S.A.D. Captulo 4 Figs. 4.1, 4.2, 4.3, 4.6, 4.7, 4.9, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15 y 4.16: Izenour, G. (1.977) Theater Design, McGraw Hill Book Company, Nueva York Figs. 4.4, 4.8 y 4.40: Barron, M. (1.993) Auditorium Acoustics and Architectural Design, E&FN Spon, Londres Fig. 4.5: Cremer, L. y Mueller, H. (1.982) Principles and Applications of Room Acoustics, Vol. 1, Applied Science Publishers Ltd., Londres Figs. 4.17 y 4.18: Forsyth, M. (1.987) Auditoria, The Mitchell Publishing Company Limited, Londres Figs. 4.34 y 4.44: cortesa de Audioscan, S.L. Captulo 5 Fig. 5.9: cortesa de Telco Electronics, S.A. Figs. 5.19 sup., 5.21, 5.22, 5.23, 5.26 sup., 5.28, 5.30, 5.32, 5.34, 5.36, 5.37, 5.46, 5.47, 5.50: Beranek, L.L. (1.996) Concert and Opera Halls: How They Sound, Acoustical Society of America, Nueva York Figs. 5.38 y 5.39: cortesa de Tusquets, Daz y asociados Fig. 5.40: Sound & Video Contractor (enero 1.997) Fig. 5.52: cortesa de Oxford University Press Espaa, S.A. Figs. 5.53, 5.56, 5.60 y 5.61: cortesa de Audioscan, S.L. Captulo 6 Fig. 6.1: cortesa de Kingland, S.L. Figs. 6.2a, 6.3a, 6.5a, 6.6a: Izenour, G. (1.977) Theater Design, McGraw Hill Book Company, Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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REFERENCIAS

Nueva York Fig. 6.4: Beranek, L.L. (1.996) Concert and Opera Halls: How They Sound, Acoustical Society of America, Nueva York Figs. 6.7 y 6.8: cortesa de Figueras International Seating, S.A. Fig. 6.14: cortesa de Audio Sntesis, S.L. Fig. 6.19b: Barron, M. (1.993) Auditorium Acoustics and Architectural Design, E&FN Spon, Londres Captulo 7 Figs. 7.5, 7.7 y 7.12: cortesa de Audioscan, S.L.

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ndice alfabtico

Absorcin de las sillas Absorcin del aire Absorcin del pblico Absorcin del sonido Absorcin en funcin de la densidad Absorcin en funcin de la distancia Absorcin en funcin de la porosidad Absorcin en funcin del espesor Acondicionamiento acstico Acstica estadstica Acstica geomtrica Acstica ondulatoria Acstica variable Acstica variable mediante elementos fsicos variables Acstica variable mediante sistemas electrnicos Aislamiento acstico Amsterdam Concertgebouw (Holanda) Ancho de banda til (BW) Ando, Y. Anfiteatros y balcones Anglada Bays, M. Artigues Cod, R. Askenfeld, A. Audioscan, ingeniera del sonido Auditorio de Cornell (Barcelona, Espaa) Auditorio de Lleida (Espaa) Auditorio de Sant Cugat del Valls (Barcelona, Espaa) Auditorio de Tenerife, Santa Cruz de Tenerife (Espaa) Auditorio de Tortosa (Tarragona, Espaa)

Auralizacin Auralizacin binaural Auralizacin mediante una unidad de reverberacin digital Auralizacin monoaural Auralizacin por convolucin Avery Fisher Hall, Nueva York (EE.UU.) Balance Balance energtico sonoro Banda de frecuencias Barron, M. Bass Ratio (BR) Beazley, S. Beethovenhalle, Bonn (Alemania) Beranek, L.L. Berlin Konzerthaus (Schauspiel) Berlin Philharmonie (Alemania) Blanch Pons, F. Boca del escenario Bonet Armengol, J. Borzone Tettamanti, S.A. Bosch Arag, M. Boston Symphony Hall (EE.UU.) Bradley, J.S. Brillo (Br) Bristol Colston Hall (Gran Bretaa) Bunka Kaikan, Tokio (Japn) Cain Auditorium, Manhattan (Kansas, EE.UU.) Calatrava Valls, S.

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430

Clculo de la inteligibilidad de la palabra Clculo del tiempo de reverberacin Sabine Norris-Eyring Promediado de rayos Schroeder Kuttruff Kuttruff iterativo Sabine (ponderada por reflexiones) Norris-Eyring (ponderada por reflexiones) Kuttruff (ponderada por reflexiones) Calidad tonal Calidez acstica Campo directo Campo reverberante Caractersticas del escenario Caractersticas del mensaje oral Carnegie Hall, Nueva York (EE.UU.) Catedral de Vitoria (Espaa) Cavidad reverberante Centro de gravedad (ts) Chicago Orchestra Hall (EE.UU.) Christchurch Town Hall (Nueva Zelanda) Claridad de la voz (C50) Claridad musical (C80) Coeficiente de reduccin acstica (NRC) Coeficiente medio de absorcin ( ) Cola reverberante Coloracin de la voz Conjuncin Constante de la sala (R) Copenhagen Tivoli Koncertsal (Dinamarca) Correlacin cruzada interaural (IACC) Cortinas Cremer, L. Criterio de ecos (EC) Criterios de diseo de la concha acstica Criterios de diseo del escenario Curva de energa reflejada acumulada (RECC) Curva energa-tiempo (ETC) Curvas NC De Doelen Concert Hall, Rotterdam (Holanda) de Sol-Morales Rubi, I. Definicin (D)

Densidad espectral de potencia Derngate Centre, Northampton (Gran Bretaa) Detroit Ford Auditorium (EE.UU.) Diagnosis acstica Difraccin del sonido Difusin del sonido Difusores bimensionales QRD Difusores de Schroeder Difusores MLS Difusores policilndricos Difusores PRD Difusores RPG Difusores unidimensionales QRD Directividad de la voz humana Distancia crtica (Dc) Distorsin armnica total (THD) Domnech Montaner, Ll. Early Decay Time (EDT) Eco flotante Ecograma Ecos Efecto cocktail party Efecto seat dip Efecto Larsen Efecto tambor Eficiencia lateral (LF) Elipse de retardo constante Energa difusa Enmascaramiento del sonido Escala lineal Escuela Tcnica Superior de Arquitectura del Valls, Sant Cugat (Barcelona, Espaa) Espacialidad del sonido Espacialidad del sonido: amplitud aparente de la fuente sonora Espacialidad del sonido: sensacin de sonido envolvente Espacios de uso comunitario Espacios de uso deportivo Espacios multifuncionales Espectro frecuencial Espins Oliv, C. Estructura de la concha acstica Eugene McDermott Concert Hall, Dallas (EE.UU.)


NDICE ALFABTICO

Factor de directividad (Q) Falsa localizacin de la fuente sonora Fasold, W. Festspielhaus, Bayreuth (Alemania) Filtros para anlisis frecuencial Focalizacin del sonido Formas tpicas de salas de conciertos Frmula de Rayleigh Frecuencia del sonido (f) Fricke, F.R. Frontons Gonzlez, J. Fuente sonora Fusin Gade, A.C. Galera de los susurros Garnier, C. Generacin del sonido Glasgow Royal Concert Hall (Gran Bretaa) Gran Teatro de Burdeos (Francia) Gran Teatro Imperial, Parque Temtico Port Aventura, Tarragona (Espaa) Grsser Tonhallesaal, Zurich (Suiza) Guthrie Theatre, Minneapolis (EE.UU.) Guthrie, T. Haan, C.H. Hamarikyu Asahi Hall, Tokio (Japn) Harris, C.M. Herkulessaal, Munich (Alemania) Hidaka, T. Huguet Monn, J. Incidencia rasante ndice de difusin (SDI) Initial-Time-Delay Gap (ITDG) Inmediatez de respuesta InstitutoTakenaka Inteligibilidad de la palabra (%ALCons) Inteligibilidad de la palabra (STI/RASTI) IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique), Pars (Francia) Joseph Meyerhoff Symphony Hall, Baltimore (EE.UU.) Jujol Gibert, J. M. Kath, U. Knudsen, V.O.

Kosten, C.W. Kuhl, W. Kurtovic, H. La Scala de Miln (Italia) Laboratorio de acstica del Departamento de Teora de la Seal y Comunicaciones, Universidad Politcnica de Catalua (Barcelona, Espaa) Le Corbousier, C.E. Lee, L. Lehmann, P. Lenox Tanglewood Music Shed, Massachusetts (EE.UU.) Llins Carmona, J. A. Localizacin de la fuente sonora Longitud de onda del sonido () Lpez-Atalaya Maosa, G. Marshall, A.H. Marshall, L.G. Materiales absorbentes Medida del tiempo de reverberacin Meyer, J. Modos propios de una sala Moreno, A. Mller, H.A. Museo del Louvre, Pars (Francia) Nadal Oller, L. Nivel continuo equivalente de presin sonora (Leq) Nivel de presin sonora (SPL) Niveles audibles Nogus Teixidor, M. Normas CEI Normas ISO Normas UNE Northern Alberta Jubilee Auditorium, Edmonton (Canad) Okano, T. pera de Pars (Francia) Pabelln Polideportivo de Zurbano (Vitoria, Espaa) Palacio de la Mutualit, Pars (Francia) Palau de la Msica Catalana, Barcelona (Espaa) Palladio, A. Paneles giratorios Paneles mviles reflectantes Paneles mviles suspendidos del techo

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Paneles perforados superpuestos Panella Soler, Ll. Paredes del escenario Particin o mampara mvil vertical Percepcin subjetiva de primeras reflexiones Prdida de Articulacin de Consonantes Peutz, V.M.A. Pfretzschner, J. Philharmonic Hall, Nueva York (EE.UU.) Piermarini, G. Piol Cort, A. Polideportivo del Campus Norte de la Universidad Politcnica de Catalua, Barcelona (Espaa) Presin atmosfrica esttica (P0) Presin sonora Primeras reflexiones Prinzregenten Theater, Munich (Alemania) Programas de simulacin electroacstica Programas de simulacin acstica Propagacin de la onda sonora Propagacin del sonido en el espacio libre Propagacin del sonido en un recinto cerrado Puigjaner Bagaria, I. Radio de reverberacin Rapid Speech Transmission Index (RASTI) Recubrimientos de los materiales absorbentes Red de ponderacin A Reflectores a modo de falso techo Reflectores curvos Reflectores laterales Reflectores planos Reflectores suspendidos del techo Reflexin del sonido Relacin de primeras reflexiones (ERR) Relaciones energticas (ELR) Resistencia de flujo (rs) Resonador de membrana Resonador mltiple de cavidad (Helmholtz) Resonador simple de cavidad (Helmholtz) Resonadores Resonancia asistida (AR) Respuesta frecuencial Reverberacin de canal mltiple (MCR) Revestimientos de las superficies interiores de la

concha acstica Riba Samarra, J. Rindel, J.H. Rius Camps, F. Royal Albert Hall, Londres (Gran Bretaa) Royal Exchange Theatre, Manchester (Gran Bretaa) Royal Festival Hall, Londres (Gran Bretaa) Sabine, W.C. Sala de actos del edificio docente de la Direccin General de Deportes de la Generalitat de Catalua, Esplugues de Llobregat (Barcelona, Espaa) Sala de la Liga de las Naciones, Ginebra (Suiza) Sala Kotobuki (Japn) Sala Nezahualcoyotl, Ciudad de Mjico (Mjico) Sala Plyel, Pars (Francia) Sala Sinfnica del Auditorio de Las Palmas, Gran Canaria (Espaa) Salas con formas hexagonales superpuestas Salas con reflexiones frontales Salas con reflexiones laterales Salas con sonido difuso Salas con terrazas trapezoidales Salas de conciertos de relevancia mundial Salas de conferencias/aulas Salas de planta rectangular Salas en forma de abanico Salas en forma de abanico invertido Salas en forma de hexgono alargado Salvat Espasa, P. Salzburg Festspielhaus (Austria) Sanabria Boix, R. Schroeder, M. R. Schultz, T.J. Segerstrom Hall, Costa Mesa, California (EE.UU.) Sender Freies Berlin Hall (Alemania) Serra Sol,Ll.M. Sillas mviles Simulacin acstica de recintos Sistema concentrado de altavoces Sistema de cierre y abertura del falso techo Sistema de Control Acstico (ACS) Sistema de fonacin humana Sistema de megafona Sistema distribuido de altavoces


NDICE ALFABTICO

Sistemas de creacin de sonido virtual Sonido directo Sonido focalizado Sonido peridico complejo Sonido peridico simple Sonido reflejado Sonido transitorio Sonidos aleatorios Sonidos deterministas Sonmetro Sonmetro integrador Sonoridad Sonoridad (G) Sonoridad (S) Soporte objetivo (ST1) Soulodre, G.A. Speech Transmission Index (STI) St. Davids Hall, Cardiff (Gran Bretaa) Staatsoper, Viena (Austria) Stadt-Casino, Basilea (Suiza) Suelo del escenario Superficie acstica efectiva Superficie y forma del escenario Sureda Deulovol, M. Takahiko Yangisawa Teatro El Jard de Figueres (Girona, Espaa) Teatro La Passi de Esparreguera (Barcelona, Espaa) Teatro Ateneu de Igualada (Barcelona, Espaa) Teatro Atlntida de Vic (Barcelona, Espaa) Teatro Cirvianum de Torell (Barcelona, Espaa) Teatro de Aspendus (Turqua) Teatro de Epidauro (Grecia) Teatro de la Casa de la Cultura de Tres Cantos (Madrid, Espaa) Teatro de Waldbhne, Berln (Alemania) Teatro Drury Lane, Londres (Gran Bretaa) Teatro Fortuny de Reus (Tarragona, Espaa) Teatro Metropol de Tarragona (Espaa) Teatro Municipal de Girona (Espaa) Teatro Municipal de Olot (Girona, Espaa) Teatro Nacional de Munich (Alemania) Teatro Olmpico de Vicenza (Italia) Teatro Orchard (Gran Bretaa)

Teatro Victoria Eugenia de San Sebastin (Espaa) Teatros: distancia mxima recomendada Teatros: perfil terico ptimo Teatros al aire libre Teatros circulares Teatros clsicos griegos Teatros clsicos romanos Teatros con escenario integrado Teatros de proscenio Teatros del Barroco Teatros del Renacimiento Teatros en recintos cerrados Techo del escenario Teora revisada de Barron Textura Thiele, R. Tiempo de reverberacin (RT) Tipologas de salas de conciertos Tokyo Opera City Concert Hall (Japn) Tokyo Suntory Hall (Japn) Torre de Telecomunicaciones de Telefnica, Barcelona (Espaa) Toyota, Y. Tusquets Guilln, O. Twose Roura, L.A. Uniformidad de cobertura Variacin de la absorcin adicional Velocidad de propagacin del sonido (c) Veterans Memorial Auditorium, San Rafael (California, EE.UU.) Viena Musikvereinssaal (Austria) Visuales Watters, B.G. Wilkens, H. Winkler, H. Zona de campo directo Zona de campo reverberante

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1 Principios bsicos del sonido

1.1 Definicin del sonidoEl sonido se puede definir de formas muy diversas. De todas ellas, las ms habituales son las siguientes:

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 dicha definicin 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 a travs de un medio elstico y denso.

27

1.2 Generacin y propagacin del sonidoEl 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 en vibracin. 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 alrededor de su posicin de equilibrio. La manera en que la perturbacin se traslada de un lugar a otro se denomina propagacin de la onda sonora. Si se considera como fuente sonora, por ejemplo, un tambor, un golpe sobre su membrana provoca una oscilacin. Cuando la membrana se desplaza hacia fuera, las partculas de aire prximas a su superficie se acumulan crendose una zona de compresin, mientras que en el caso contrario, dichas partculas se separan, lo cual da lugar a una zona de enrarecimiento o dilatacin (figura 1.1). La oscilacin de las partculas tiene lugar en la misma direccin que la de propagacin de la onda. En este caso se habla de ondas sonoras longitudinales, en contraposicin a las Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


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

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ondas electromagnticas que son transversales (oscilacin de la seal generadora perpendicular a la direccin de propagacin de la onda). La manera ms habitual de expresar cuantitativamente la magnitud de un campo sonoro es mediante la presin sonora, o fuerza que ejercen las partculas de aire por unidad de superficie. En la figura 1.2 se observa la evolucin de la presin PT, en funcin del tiempo, en un punto situado a una distancia cualquiera de la fuente sonora. Dicha presin se obtiene como suma de la presin atmosfrica esttica P0 y la presin asociada a la onda sonora p. Presin sonora total PT Se observan incrementos y disminuciones peridicas de presin sonora P 0+ P alrededor de su valor de equilibrio, correspondiente a la presin atmosfrica esttica P0. Dichas variaciones van asociadas a los P0 procesos de compresin y dilatacin Tiempo (s) comentados anteriormente. El valor mxiP 0- P mo de la oscilacin respecto a P0 recibe el nombre de amplitud de la presin asociada a la onda sonora, y se representa por la Fig. 1.2 Evolucin de la presin sonora total PT en letra P. funcin del tiempo en un punto cualquiera del espacio

1.3 Frecuencia del sonido (f)El nmero de oscilaciones por segundo de la presin sonora p se denomina frecuencia (f) del sonido y se mide en hertzios (Hz) o ciclos por segundo (c/s). Lgicamente, la frecuencia del sonido coincide con la frecuencia de la vibracin mecnica que lo ha generado (en el ejemplo anterior, la frecuencia de oscilacin de la membrana del tambor). Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

PRINCIPIOS BSICOS DEL SONIDO

En la figura 1.3 se observan dos ejemplos de presin sonora p asociada a oscilaciones de diferente frecuencia.Presin sonora p1 HzP P

Presin sonora p10 Hz

0

0

Tiempo (s)-P -P

Tiempo (s)

1s

1s

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

1.4 Espectro frecuencialLa gran mayora de los sonidos que percibimos no constan nicamente de una sola frecuencia, sino que estn constituidos por mltiples frecuencias superpuestas. Incluso cada uno de los sonidos generados por un instrumento musical estn formados por ms de una frecuencia. Se puede conocer qu frecuencias componen un sonido observando el denominado espectro frecuencial (o simplemente espectro) del mismo, entendiendo por tal la representacin grfica de las frecuencias que lo integran junto con su correspondiente nivel de presin sonora.

29

1.5 Clasificacin de los sonidosLos sonidos se dividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representar siempre mediante una expresin matemtica que indica la forma en que vara la correspondiente presin sonora en funcin del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir 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 frecuencia (f0) constante, por lo que su espectro est constituido por una sola raya (figura 1.4). El sonido producido por un diapasn es de este tipo. Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


Presin sonora p

Espectro frecuencial

Tiempo (s)

f0

Frecuencia (Hz)

Fig. 1.4 Tono puro y su espectro frecuencial

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 armnicos. Por regla general, la frecuencia fundamental es la que lleva asociada ms potencia sonora. 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 fundamental o primer armnico (f0) y su tercer armnico (3f0).Presin sonora p1er armnico 3er armnico Sonido peridico complejo (1er + 3er armnicos)

30

Espectro frecuencial

Tiempo (s)

f0

3f0

Frecuencia (Hz)

Fig. 1.5 Sonido peridico complejo y su espectro frecuencial

1.5.1.3 Sonido transitorio Sonido resultante de la brusca liberacin de energa bajo la forma, por ejemplo, de explosiones o impactos. Es de aparicin repentina y tiene una duracin breve. A diferencia de los sonidos peridicos comentados anteriormente, contiene un gran nmero de componentes frecuen Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


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.Presin sonora p Espectro frecuencial

Tiempo (s)

Frecuencia (Hz)

Fig. 1.6 Pulso rectangular y su espectro frecuencial

1.5.2 Sonidos aleatorios31

Los sonidos aleatorios estn formados por muchas frecuencias de valor impredecible. Habitualmente 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 densidad 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 que presenta una densidad espectral de potencia constante. Un ejemplo de este tipo de ruido es el generado por una cascada de agua. En la figura 1.7 se aprecia la evolucin temporal de un sonido aleatorio y su correspondiente densidad espectral de potencia.Presin sonora p Densidad espectral de potencia

Tiempo (s)

Frecuencia (Hz)

Fig. 1.7 Sonido aleatorio y correspondiente densidad espectral de potencia



1.6 Banda de frecuenciasLas notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas frecuencias fundamentales de 27,5 Hz y 4.400 Hz, respectivamente. La primera corresponde a un sonido muy grave, mientras que la segunda va asociada a uno muy agudo. Por consiguiente, un sonido grave est caracterizado 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 frecuencias del piano. Dicha definicin es vlida para cualquier fuente sonora. En la figura 1.8 se muestran las bandas de frecuencias asociadas a diversos instrumentos musicales y a la voz humana.16 31,5 63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000

VOZSoprano Contralto Tenor Bajo

VIENTO-MADERAPcolo Flauta Oboe Clarinete

VIENTO-METALTrompeta Trompa Trombn Tuba

32

CUERDAVioln Viola Violoncelo Contrabajo Guitarra

TECLADOPiano rgano

PERCUSINCeleste Xilfono

16

31,5

63

125

250

500

1.000

2.000

4.000

8.000

16.000

Frecuencia (Hz)

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

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 frecuencias inferiores a 20 Hz se llaman subsnicas y las superiores a 20 kHz ultrasnicas, dando lugar 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 medio de propagacin. Debido a que, en el aire, ambas magnitudes dependen de la presin atmosf Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


rica esttica P0 y de la temperatura, resulta que, considerando las condiciones normales de 1 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, conviene tener presente que el sonido puede propagarse a travs de cualquier otro medio elstico y denso. Cuanto ms denso y menos elstico sea el medio, mayor ser la velocidad del sonido a su travs. Por ejemplo, la velocidad de propagacin del sonido generado por un tren a travs de los rales es mucho mayor que a travs del aire, por lo que la vibracin del ral se percibir 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 del sonido, 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 se hallan en el mismo estado de vibracin en cualquier instante de tiempo. Por ejemplo, si en un instante dado se seleccionan dos puntos consecutivos del espacio donde los valores de presin son mximos, la longitud de onda es precisamente la distancia entre ambos puntos (figura 1.9).Presin sonora total PTlP 0+ P

33

P0

Distancia (m)P 0- P

Fig. 1.9 Longitud de onda () del sonido

La relacin entre las tres magnitudes: frecuencia (f), velocidad de propagacin (c) y longitud de onda (), viene dada por la siguiente expresin: = c/f Segn se observa, para cada frecuencia, la longitud de onda depende del medio de propagacin, 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 inversamente proporcionales, es decir, cuanto mayor es f menor es , y viceversa. Por ejemplo, en el aire, las longitudes de onda correspondientes a la banda de frecuencias audibles se hallan situadas entre 17,25 m (f = 20 Hz) y 1,72 cm (f = 20 kHz). Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


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

Longitud de onda l (m)20 10 20 10 50 5 100 2 200 1 500 0,5 1.000 0,2 2.000 0,1 0,05 5.000 10.000

Frecuencia f (Hz)

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

1.9 Nivel de presin sonora (SPL)34

Segn se ha mencionado en el apartado 1.2, la presin sonora constituye la manera ms habitual de expresar la magnitud de un campo sonoro. La unidad de medida es el Newton/metro2 (N/m2) o Pascal (Pa). En principio, el valor a considerar es la diferencia entre el valor fluctuante de la presin sonora total PT y su valor de equilibrio P0. Debido a la variacin de dicha magnitud con el tiempo, se utiliza como valor representativo su promedio temporal, que recibe el nombre de valor eficaz o r.m.s. (root-mean-square). Ahora bien, la utilizacin de dicho valor eficaz da lugar a una serie de problemas cuyo origen 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 audicin hasta el que causa dolor, es extraordinariamente amplia. En concreto, la presin eficaz sonora ms dbil que puede ser detectada por una persona, a la frecuencia de 1 kHz, es de 2 x 10-5 Pa, mientras que el umbral de dolor tiene lugar para una presin eficaz del orden de 100 Pa (milsima parte de la presin atmosfrica esttica P0 105 Pa, equivalente a 1 atmsfera). En consecuencia, la escala de presiones audibles cubre una gama dinmica de, aproximadamente, 1 a 5.000.000. Es obvio, pues, que la aplicacin directa de una escala lineal conducira al uso de nmeros inmanejables. Nuestro sistema auditivo no responde linealmente a los estmulos que recibe, sino que ms bien lo hace de forma logartmica. Por ejemplo, si la presin de un tono puro de 1 kHz se dobla, la sonoridad, o sensacin subjetiva producida por el mismo, no llegar a ser el doble. De hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar la presin sonora por un factor de 3,16. Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


Por los dos motivos expuestos, resulta razonable y conveniente hacer uso de una escala logartmica para representar la presin sonora. Dicha escala se expresa en valores relativos a 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 Lp. La unidad utilizada 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 todos los sonidos audibles sean representados por valores SPL positivos. El uso de dB reduce la dinmica de presiones sonoras de 1:5 x 106 a niveles de presin sonora de 0 a 135 dB, donde 0 dB representa una presin igual al umbral de audicin (no significa, por tanto, ausencia de sonido) y 135 dB el umbral aproximado de dolor. De esta manera, las cifras manejadas son mucho ms simples y, adems, se dan las siguientes relaciones entre 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 serie de sonidos y ruidos tpicos, junto con la valoracin subjetiva asociada.35FUENTE SONORA NIVEL DE PRESIN SONORA SPL (dB) VALORACIN SUBJETIVA DEL NIVEL

Despegue avin (a 60 m) Edificio en construccin Martillo neumtico Camin pesado (a 15 m) Calle (ciudad) Interior automvil Conversacin normal (a 1 m) Oficina, aula Sala de estar Dormitorio (noche) Estudio de radiodifusin

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20

Muy elevado

Elevado

Moderado

Bajo

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

En la figura 1.11 se representan los niveles medios de presin sonora a 1 m de distancia producidos por una persona hablando con diferentes intensidades de voz. Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


Nivel del habla a 1 metro (dB)

90

80

70

60

50 Baja

Normal

Alta

Muy alta

Grito

Intensidad de la voz

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

1.10 Percepcin del sonido en funcin de la frecuencia1.10.1 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 20 kHz (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 dolor en funcin de la frecuencia.140

36

Nivel de presin sonora SPL (dB)

120

Umbral de dolor

100

80

60

40

20

0 20 31,5

Umbral de audicin63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000

Frecuencia (Hz)

Fig. 1.12 Niveles audibles en funcin de la frecuencia



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 el correspondiente a un sonido de frecuencias medias para que ambos produzcan la misma sonoridad. Por ejemplo, un nivel SPL = 70 dB, a 20 Hz, produce la misma sonoridad que un 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 frecuencias. A medida que los niveles aumentan, el odo tiende a responder de forma ms homognea en toda la banda de frecuencias audibles, hasta el punto de que cuando son muy elevados, 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 contenido de graves y agudos del pasaje musical reproducido. Igualmente pone de manifiesto la confusin que puede surgir al seleccionar unas cajas acsticas de parecida calidad: las de mayor rendimiento, y que por tanto radian ms potencia sonora para la misma potencia elctrica aplicada, pueden producir la sensacin de que suenan mejor, exclusivamente debido a que la percepcin de graves y agudos es mayor. Una vez descrito el comportamiento del odo humano desde el punto de vista de la percepcin de niveles en funcin de la frecuencia, es conveniente establecer una comparacin entre los mismos y las zonas representativas de generacin sonora asociada a la voz humana y a los instrumentos musicales convencionales (figura 1.13).140

37

Nivel de presin sonora SPL (dB)

120

Umbral de dolor

100

80

Msica Palabra

60

40

20

0 20 31,5

Umbral de audicin63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000

Frecuencia (Hz)

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

Segn se puede apreciar, la capacidad de la persona como receptora del sonido es mucho mayor que como emisora. Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


1.10.2 Enmascaramiento del sonido Cuando el odo est expuesto a dos o ms tonos puros de frecuencias diferentes, existe la posibilidad de que uno de ellos enmascare los dems y, por tanto, evite su percepcin de forma parcial o total. Del mismo modo, es evidente la dificultad que entraa entender una conversacin en presencia de ruido. El fenmeno del enmascaramiento se explica de una manera simplificada considerando la forma en que la denominada membrana basilar es excitada por tonos puros de diferente frecuencia. La membrana basilar se extiende a lo largo de la cclea (conducto en forma de caracol de seccin prcticamente circular alojado en el interior del odo interno), desde la llamada ventana oval (zona de separacin entre el odo medio y el odo interno) hasta el extremo superior de aqulla. En la figura 1.14 se muestra la amplitud relativa del desplazamiento de la membrama basilar en funcin de la distancia a la ventana oval, para cuatro tonos de frecuencia diferente.1600 1.600 Hz 400 400 Hz 200 200 Hz 50 Hz 50 Hz

38

Amplitud relativa0 0

10

20 30 20 30 Distancia a la ventana oval (mm)

40 40

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

Se observa que los tonos de alta frecuencia producen un desplazamiento mximo en la zona prxima a la ventana oval y que, a medida que la frecuencia disminuye, dicho mximo se va desplazando hacia puntos ms alejados de la misma. Por otra parte, la excitacin es asimtrica puesto que presenta una cola que se extiende hacia la ventana oval (zona de frecuencias altas), mientras que por el lado contrario (frecuencias bajas) sufre una brusca atenuacin. La consecuencia de tal asimetra es que un tono de baja frecuencia puede enmascarar otro de frecuencia ms elevada, tanto ms, cuanto mayor sea su nivel de presin sonora. Ello es debido a que la zona de frecuencias cubierta por su cola ser ms extensa. En cambio, al considerar 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 en cuatro 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 semejantes enmascaramiento inapreciable b) La frecuencia del tono A es ligeramente mayor que la del tono B y los niveles son semejantes 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 bastante inferior se produce un enmascaramiento prcticamente total Los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.


d) La frecuencia y el nivel del tono A son superiores a las del tono B el enmascaramiento producido es mnimoAlta frecuencia(a)

A

B

Baja frecuencia

Ventana Oval(b)

A

B B

A(c)

A(d)

B

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

1.11 Medicin del sonido: el sonmetroDebido a la complejidad del funcionamiento del odo humano, hasta el momento actual no ha 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 subjetivas asociadas al mismo. Sin embargo, resulta evidente la necesidad de disponer de un instrumento electrnico que permita medir sonidos bajo unas condiciones rigurosamente prefijadas, de manera que los resultados obtenidos sean siempre objetivos y repetitivos, dentro de unos mrgenes de tolerancia conocidos. Dicho aparato recibe el nombre de sonmetro (f igura 1.16).39

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



El sonmetro mide exclusivamente niveles de presin sonora. Su unidad de procesado permite realizar medidas globales, o bien por bandas de frecuencias, con diferentes respuestas temporales (respuestas Fast, Slow, Impulse o Peak). Por otro lado, con el fin de reducir al mximo las posibles diferencias entre las mediciones efectuadas con sonmetros de distintas marcas y modelos, existen unas normas internacionales a las que deben ceirse los fabricantes de tales instrumentos. En Europa, las ms representativas son las normas CEI (Comisin Electrotcnica Internacional) 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 medid

diseño acustico de espacios arquitectonicos

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