ACÚSTICA BÁSICA REFERENTE A ISINAC

INTRODUCCIÓN

El ser humano tiene la capacidad de percibir el sonido en una banda de frecuencias determinada, en el caso de una persona joven con una condición auditiva normal, está comprendida entre los 20 Hz y los 20 KHz.

Como podemos observar el oído humano es poco sensible a frecuencias bajas, es decir, para que un sonido grave tenga la misma sonoridad que uno en frecuencias medias, el sonido grave deberá tener un nivel sonoro mucho mayor. Un nivel de presión sonora = 70 dB, a 20 Hz, produce la misma sensación auditiva de nivel sonoro que un nivel de presión sonora = 5 dB, a 1 KHz.

El ser humano interpreta las reflexiones tempranas (hasta 50ms) como una extensión del sonido real, por lo que el cerebro no distingue estas reflexiones con el sonido directo. Este efecto es la ya mencionada reverberación, o cola reverberante.

De hecho, cuando se trata del habla, estas reflexiones ayudan a mejorar la inteligibilidad de la palabra y aumentan la sonoridad del mensaje.

En el caso de que el oyente escuche una reflexión a un volumen elevado con un retraso superior a los 50ms, el oído humano lo detectara como un sonido distinto, lo que afectara de forma muy negativa a la inteligibilidad del mensaje.

 

COMO SE SUMAN LOS NIVELES DE SONIDO?

 

Por ejemplo 30 dB + 30 dB no es igual a 60 dB si no a 33 dB como vamos a ver a continuación.
Para poder sumar dos decibelios podemos emplear la siguiente ecuación:

Suma dB1 + dB2 = 10 log (10^(dB1/10) + 10^(dB2/10))

30 dB + 30 dB = 10 log(10^(30/10) + 10^(30/10) =
10 log(10^3 + 10^3) = 10 log ( 1000 + 1000) = 33 dB

La suma de dos dB nunca puede ser mas de 3 dB mas que el mayor de los dos. Si la diferencia que hay entre los dos valores a sumar es mayor de 10 dB la suma no tiene valor practico y se toma el valor del mayor de los dos. Por ejemplo si sumamos 20 dB + 10 dB el resultado será igual a 20 dB (aproximado). Solamente son significativos para la suma los valores que tienen una diferencia menor a 10 dB.

 

CUAL ES LA VELOCIDAD DE PROPAGACION DEL SONIDO?

La velocidad de propagación del sonido en el aire a 0º es de 331,6 m/s y a 20º es de 343,5m/s

En el agua la velocidad de propagación es de 1500 m/s.

 

QUE ES EL TIEMPO DE REVERBERACIÓN?

Cuando una fuente sonora emite una onda en una sala, el oyente recibe dicha onda de dos formas distintas: Una es el sonido directo procedente del oyente tal y como se daría en la propagación en espacio abierto, y otra es el sonido reflejado, que consiste en la suma de las reflexiones de la onda sonora que rebotan en las superficies de la sala y llegan al receptor.

El Tiempo de Reverberación RT, es el tiempo que tarda una señal, desde que esta deja de sonar, en atenuarse un nivel de 60 dB.

Viene determinado por el Volumen de la sala, y por los coeficientes de absorción de sus superficies, o si se prefiere por las superficies con un coeficiente de absorción determinado. Como los coeficientes de absorción de los diferentes materiales que componen cualquier local no son iguales para todas las frecuencias, las reflexiones generadas en el interior del local serán diferentes para cada frecuencia y por lo tanto el RT del local es diferente según las frecuencias.

Para calcularlo sin realizar mediciones se puede utilizar la formula de Sabine.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QUE ES EL COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DE UN MATERIAL?

El coeficiente de absorción de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo. Dada esta formulación su valor siempre esta comprendido entre 0 y 1. El máximo coeficiente de absorción esta determinado por un valor de 1 donde toda la energía que incide en el material es absorbida por el mismo, y el mínimo es 0 donde toda la energía es reflejada.

 

 

ACÚSTICA GEOMÉTRICA

Normalmente las reflexiones tempranas tienen un nivel de presión sonora más elevado que las contribuciones tardías, esto es debido a que tienen un orden más bajo, y se ven menos afectadas por la absorción de las superficies así como la atenuación de la onda por la distancia recorrida.

Se deben cumplir ciertas condiciones del reciento para que, en la práctica, haya una reflexión especular.

  • Superficie poco reflectante y lisa.
  • Grandes dimensiones (en comparación con la longitud de onda a analizar).

Si las dimensiones son iguales o menores a la longitud de onda que queremos analizar se produce difracción, debido a que la onda rodea la superficie y continúa propagándose.

En el caso de que la superficie tenga rugosidades de tamaño similar a la longitud de onda, se produce difusión, al haber una reflexión en múltiples direcciones.

 

CAMPO DIRECTO Y REVERBERANTE

La componente directa disminuirá a medida que el oyente se aleja de la fuente y sin embargo, como ya hemos dicho antes, el campo reverberado se mantiene constante. Esta hipótesis de que el sonido reflejado es constante en cualquier punto se basa en la teoría estadística, que trata todas las reflexiones por igual, dando lugar a resultados poco exactos pero utilizando cálculos sencillos.

Se podrían delimitar dos zonas de la sala, una donde existe una predominancia del sonido reflejado y otra donde lo hace el sonido directo, la primera estará ubicada en la zona más alejada de la fuente y la segunda en la más cercana.

El nivel de sonido directo aumentará en 6dB cada vez que se acorte a la mitad la distancia a la fuente, los puntos donde predomine el sonido directo se asemejarán a una situación en espacio abierto.

Por otro lado los puntos donde predomine el campo reverberado serán los más alejados a la fuente y delimitarán una zona donde el nivel de presión sonora es constante.

 

INTELIGIBILIDAD

Al hablar, las vocales tienen una duración y una sonoridad mayor que las consonantes, al mismo tiempo estas son más graves en comparación con las consonantes que son más agudas, por lo que una sala con mucha reverberación potenciará la duración (y por tanto el nivel sonoro) de las vocales, ya que, como hemos comentado antes, el tiempo de reverberación en frecuencias altas es menor que en frecuencias bajas.

Esto genera un conflicto debido a que la vocal, al prolongar su duración, se solapa temporalmente con la consonante que la sigue, por lo que esta simultaneidad junto con la diferencia de niveles y la diferencia espectral en frecuencia provoca un enmascaramiento de la consonante y dificulta su entendimiento.

En resumen, el grado de inteligibilidad de una sala depende primordialmente de la correcta percepción de las consonantes, por lo que el enmascaramiento provocado por una reverberación elevada resulta en detrimento de la calidad para la palabra de la sala

 

METODO GEDDES

Entre otros está el método de Geddes, de la pared doblemente oblicua que presenta ángulos verticales y horizontales acentuados con la intención de destrozar los fuertes modos axiales y tangenciales, para transformarlos en modos oblicuos, menos regulares y mas fácilmente controlables. Conjuntamente existe la técnica multi-facetada (scattering) que distribuye la energía modal por superposiciones más anchas. Estas salas han sido  utilizadas frecuentemente en conjunto con monitores cuya directividad era ajustada para las salas, de forma que las secuencias de superficies absorbentes o reflectantes posicionadas, permitieran obtener la característica deseable de RT/frecuencia en su interior.  Estas salas incorporaban normalmente ‘bass traps’, trampas absorbentes de las bajas frecuencias, de volumen considerable, que se ocupaban de las frecuencias menos direccionales por debajo de los 300 ciclos.

 

ABSORCIÓN GRAVES

La expresión matemática del coeficiente de absorción de superficies vibrantes para una determinada frecuencia es la siguiente:

Esta fórmula es en realidad una aproximación que solo tiene validez cuando el denominador tiene un valor alto en comparación con el numerador. Si nos fijamos en la expresión, solo podemos obtener una expresión relativamente significativa en las bajas frecuencias ya que cuando la frecuencia aumente, el denominador también lo hará y por tanto el valor de la absorción será menor.

Los difusores poli cilíndricos son un conjunto de superficies planas, normalmente de madera, que tienen una forma convexa que están colocadas secuencialmente, y tienen un radio de curvatura menor de 5 metros.

Si este radio fuera superior a 5 metros el material ya no actuaría como difusor sino como reflector, por el contrario si este es inferior a 5 metros el sonido reflejado ya no está concentrado debido a que la zona de cobertura aumenta.

Los difusores de Schroeder son difusores selectivos que actúan solo en un rango de frecuencias concretas. Se basan en la teoría de Manfred R.Schroeder. y en diferentes secuencias matemáticas, son llaman RPG.

Los diferentes tipos de difusores RPG más importantes son:

  • Los difusores MLS
  • Los difusores QRD
  • Los difusores PRD [1,2,3]

 

Para calcular la frecuencia de resonancia de un resonador de membrana utilizamos la siguiente fórmula: La frecuencia de resonancia será:

F=60/(raíz(m x d))

Siendo

  • m = masa por unidad de superficie del panel (kg/m2)
  • d = separación respecto a la superficie rígida de obra o forjado (m)

Podemos calcular la frecuencia de resonancia de los resonadores múltiples Helmholtz de cavidad de la siguiente manera:

F=5480 x raíz(z/(l’ x d))

Siendo:

  • E = porcentaje de perforación del panel (en tanto por uno)
  • l’ = profundidad de los huecos (cm)
  • d= espesor de la capa de aire (cm)

 

Su coeficiente de absorción depende de:

  • La naturaleza y espesor del revestimiento.
  • La forma y disposición de las perforaciones.
  • El tipo de montaje.
  • El material absorbente colocado encima.
  • Su índice (%) de perforaciones.

 

 

FUENTES

  • Universidad politécnica de valencia. Diseño y acondicionamiento acústico de la sala de grabación musical de Basic Productions en Valencia . Dídac Corbí Albella
  • Acústica básica. Borja Azpiroz