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Unidad Didáctica 3

Acústica Arquitectónica

1. El Campo sonoro

- campo libre

- campo reverberante

- ondas estacionarias

2. Absorción,reflexión y tiempo de reverberación

3. Respuesta en frecuencia de un recinto


ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA

La Acustica Arquitectónica tiene como objetivo el análisis de los procesos físicos que el sonido puede producir en los diferentes recintos y que tienen que ver con la absorción, reflexión, inteligibilidad de la palabra.

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El Campo SonoroCuando en un recinto se situa una fuente sonora omnidireccional, las ondas producidas se propagarán en todas direcciones y se reflejarán en las superficies cambiando su dirección.

Lo lógico es que la onda reflejada tengan menos energia que la onda incidente provocado una veces por el grado de absorción de la superficie ó por que la superficie se pone en movimiento por efecto de la energía incidente.

Podemos decir que en un recinto con superficies interiores parcialmente reflectantes y una fuente sonora, el campo sonoro interior estará formado por el sonido directo y los sonidos reflejados

Dicho campo dependerá de las características de la fuente sonora(nivel, directividad, etc) y de las propiedades acústicas del recinto.


ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA.

El Campo Sonoro

Señal directa Señal Reflejada



Campo LibrePodemos hablar de Campo libre ,como aquella área en la que no hay reflexiones.

Difícil de encontrar en la actualidad puesto que siempre existe alguna reflexión próxima aunque sea de muy débil energía.

La experimentación acústica y medidas técnicas se realizan en habitaciones tratadas con absorción para evitar la reflexión y crear una acústica “muerta” ó “seca”. Son las cámaras anecóicas que tratan de recrear las condiciones de campo libre.

Es en este campo libre donde se cumple estrictamente la ley cuadrática inversa, que vimos en la primera unidad didáctica.

Campo reverberanteDentro del campo reverberante dependiendo de dónde realicemos la escucha la interacción de la señal reflejada será menor ó mayor.

En las próximidades de la fuente sonora el sonido directo tiene un nivel elevado y el reflejado contribuye mínimamente en el total. Esta región del espacio se denomina campo próximo,



En los estudios de grabación el campo próximo es la zona de escucha pensada para realizar la monitorización en campo cercano (near field), empleado un tipo de escucha optimizada para este uso.

A medida que nos vamos alejando de la fuente sonora, la energía reverberante empieza a dominar sobre la directa ,dependiendo del grado de absorción y volumen del recinto.

Podemos decir que cuando las condiciones acústicas se asemejan al campo libre, tenemos una pérdida de 6db cuando doblamos la distancia. Variación de SPL bastante brusca cuando se trata de un espacio grande pensado para la sonorización de eventos.

Por este motivo puede ser interesante un determinado tiempo de reverberación que permita minimizar el efecto de pérdida de presión sonora al duplicar la distancia.



Campo Reverberante y la forma del recinto La distribución en el espacio de las ondas reflejadas dependerá en gran medida de la forma

del recinto .

Entre 2 paredes paralelas el sonido se refleja creando ondas estacionarias (A)

Cuando la superficie es cóncava las reflexiones se concentran en un punto(B)

Cuando la superficie es convexa el sonido se dispersa en varias direcciones(C)

La forma de un recinto junto con los materiales empleados para recubrirlo, será factores determinantes para diseñar un recinto para un uso concreto.

A B C



Ondas estacionarias Ya hemos visto en temas anteriores como la longuitud de onda varía con la frecuencia. A medida

que aumentamos la frecuencia la longuitud de onda es menor y con frecuencias graves ocurriría al contrario.

La creacción de ondas estacionarias está muy relacionada con la longuitud de onda y las dimensiones del recinto. Las ondas estacionarias ó modos propios, se producen cuando la mitad de la longuitud de onda del sonido ó un múltiplo de la misma, es igual a una de las dimensiones del recinto (ancho,alto,largo) Esas ondas estacionarias se producen a unas frecuencias,llamadas de resonancia, que incrementarán o disminuirán el nivel de presión sonora en determinadas zonas de la sala.

Unas frecuencias se verán reforzadas y otras atenuadas, “coloreando” la sala de una manera concreta

Las frecuencias de resonancia aumentan con la frecuencia y se acentúan si las dimensiones del recinto no guardan relación entre si. Por ello, cuanto más haya mejor para obtener una respuesta más lineal. Frecuencias de resonancia



. Absorción,reflexión y tiempo de reverberación

AbsorciónCuando una onda sonora incide sobre una superficie, parte de la energia es absorbida y parte reflejada . La capacidad de absorción de los diferentes materiales se caracteriza por el coeficiente de absorción sonora definido como la relación entre la energía acústica absorbida por un material y la energia incidente sobre el mismo.

.reflexión

transmisión

Onda incidente



El Coeficiente de Absorción de un material indica en una escala de 0 a 1, cuanta energía es absorbida. Coeficiente 1 significaría absorción total y varía con la frecuencia.

Puesto que el coeficiente de absorción está muy relacionado con energía incidente y absorbida, la fórmula sería la siguiente:

Coeficiente absorción: Ea / Ei Ea: energía absorbida Ei: energía incidente

ReflexiónUna onda sonora será reflejada por un objeto dependiendo de las dimensiones de éste y de la longuitud de onda. Las frecuencias bajas (longuitud de onda grande) tienden a rodear el objeto y la reflexión es mínima. Cuando el objeto es grande en relación a la longuitud de onda se comportará como una barrera para el sonido y será fácilmente reflejado

.



Tiempo de ReverberaciónYa hemos dicho anteriormente que las reflexiones tienden a aumentar el nivel de presión sonora Si después de alcanzado ese nivel se desconectase la fuente, el sonido y su energía disminuirágradualmente con las sucesivas reflexiones.

Este proceso de disminución de la energía en un recinto se conoce como reverberación y es cuantificado por medio del tiempo de reverberación que se define como el tiempo necesario para que el nivel de la energía disminuya 60 db, una vez desconectada la fuente

.

60 db

T reverb



.Los requerimientos de tiempo de reverberación son diferentes en función de cada aplicación concreta, dependiendo de las necesidades acústicas para la grabación de palabra,músicaclásica,pop,cine ó televisión.

Una sala reverberante podría ser la apropiada para la grabación de una orquesta sinfónica, recreando el espacio y profundidad de un gran auditorio. Sin embargo la palabra debe ser inteligible y requiere de tiempos de reverberación bajos entre 0,2 y 0,4 segundos

Los recintos con tiempos de reverberación de 1 seg o más se conocen como recintos vivos o “brillantes”, mientras que por debajo de ½ segundo las salas se consideran “muertas”

El empleo de salas brillantes o reverberación artificial puede reforzar el sonido y hacerlo más grande sobre todo en baja frecuencia. Por otro lado podemos perder detalles y suavizar defectos en la ejecución.



Tiempo de reverberación y coeficiente de absorción

W. C. Sabine desarrolló una fórmula para calcular el tiempo de reverberación de un recinto, relacionando el volumen de la sala y la absorción total del recinto

TR: (0,16 V) / (A)= (0,16 V) / Sdonde :

T: tiempo de reverberación (seg)

V: Volumen del recinto (m3)

A: Absorción total del recinto (m2)

: Coeficiente medio de absorción sonora

El coeficiente medio de absorción se calcula teniendo en cuenta cada superficie, con su propio coeficiente de absorción:

=( 1 . S1 + 2 . S2 + 3 S3 +….) (S1 + S2 +…)



Tiempo de reverberación y coeficiente de absorción

W. C. Sabine desarrolló una fórmula para calcular el tiempo de reverberación de un recinto, relacionando el volumen de la sala y la absorción total del recinto

TR: (0,16 V) / (A)

donde :

T: tiempo de reverberación (seg)

V: Volumen del recinto (m3)

A: Absorción total del recinto (m2)



Coeficientes de absorción

a

diferentes frecuencias

.



Respuesta en frecuencia de un recinto: medicción y optimizaciónYa hemos comentado que el campo sonoro creado en un recinto dependerá en gran medida de la forma de éste y de los materiales con los que esta recubierto. Al combinarse onda reflejada y directa en un recinto aparecen ondas estacionarias cuyas frecuencias incrementan ó disminuyen el nivel sonoro en determinados puntos de la sala. Por este motivo la respuesta de la sala se ve alterada y es necesario corregir las diferencias de nivel entre frecuencias.

Los elementos necesarios para alinear un sistema de sonido son los siguientes:

- Generador de audio (ruido rosa,señal musical, etc

- Ecualizador gráfico ó paramétrico

- Analizador FFT con función de transferencia

- Micrófono de medicción


ACÚSTICA FÍSICA

Configuración de la medida

Señal de entrada (ruido rosa,señalmusical)

entrada microfono

A CC



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La gráfica muestra la respuesta en frecuencia de un recinto con frecuencias de resonancia (sobre todo a alta frecuencia) coloreando en exceso la señal de audio.

. Unas frecuencias se ven reforzadas y otras atenuadas.

. El objetivo es conseguir una respuesta en frecuencia lo más plana posible.

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Respuesta en frecuencia fácilmente ecualizable



.

La gráfica muestra la respuesta en frecuencia de un recinto aplicando ecualización y minimizando los efectos generados por las diferencias entre sonido directo y reflejado.

La respuesta del sistema es más lineal y la sala ofrece menor coloración a alta frecuencia.

Respuesta lineal, menor cancelación acústica.

Ecualizador Gráfico de 31 bandas (1/3 de octava)

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