Reverberación

Históricamente, el tiempo de reverberación solo podía medirse con un registrador de nivel (un dispositivo gráfico que representa el nivel de ruido en función del tiempo en una cinta de papel móvil). Se produce un ruido fuerte y, a medida que el sonido se desvanece, la gráfica del registrador de nivel muestra una pendiente definida. El análisis de esta pendiente revela el tiempo de reverberación medido. Algunos sonómetros digitales modernos pueden realizar este análisis automáticamente. ^{[ 8 ]}

Existen varios métodos para medir el tiempo de reverberación. Un impulso puede medirse generando un ruido suficientemente fuerte (que debe tener un punto de corte definido). Se pueden utilizar fuentes de ruido impulsivo , como el disparo de una pistola de fogueo o la explosión de un globo, para medir la respuesta impulsional de una sala.

Como alternativa, se puede generar una señal de ruido aleatorio, como ruido rosa o ruido blanco , mediante un altavoz y luego apagarlo. Este método se conoce como método de interrupción, y el resultado medido se denomina respuesta interrumpida.

Un sistema de medición de dos puertos también puede utilizarse para medir el ruido introducido en un espacio y compararlo con lo que se mide posteriormente en dicho espacio. Consideremos el sonido reproducido por un altavoz en una sala. Se puede grabar el sonido en la sala y compararlo con el que se envió al altavoz. Ambas señales pueden compararse matemáticamente. Este sistema de medición de dos puertos utiliza la transformada de Fourier para obtener matemáticamente la respuesta impulsional de la sala. A partir de la respuesta impulsional, se puede calcular el tiempo de reverberación. El uso de un sistema de dos puertos permite medir el tiempo de reverberación con señales distintas a los impulsos fuertes. Se puede utilizar música o grabaciones de otros sonidos. Esto permite realizar mediciones en una sala incluso después de que el público esté presente.

Bajo ciertas restricciones, incluso fuentes de sonido simples como los aplausos pueden usarse para medir la reverberación ^{[ 9 ].}

El tiempo de reverberación se suele expresar como tiempo de decaimiento y se mide en segundos. Puede que no se indique la banda de frecuencia utilizada en la medición. El tiempo de decaimiento es el tiempo que tarda la señal en disminuir 60  dB con respecto al sonido original. A menudo resulta difícil introducir suficiente sonido en la sala para medir un decaimiento de 60  dB, sobre todo en frecuencias bajas. Si el decaimiento es lineal, basta con medir una caída de 20  dB y multiplicar el tiempo por 3, o una caída de 30  dB y multiplicar el tiempo por 2. Estos son los métodos de medición denominados T20 y T30.

La medición del tiempo de reverberación RT ₆₀ está definida en la norma ISO 3382-1 para espacios de actuación, la norma ISO 3382-2 para salas comunes y la norma ISO 3382-3 para oficinas diáfanas, así como en la norma ASTM E2235.

El concepto de tiempo de reverberación presupone implícitamente que la tasa de atenuación del sonido es exponencial, de modo que el nivel sonoro disminuye regularmente a una tasa de dB por segundo. Esto no suele ser así en salas reales, dependiendo de la disposición de las superficies reflectantes, dispersivas y absorbentes. Además, las mediciones sucesivas del nivel sonoro a menudo arrojan resultados muy diferentes, ya que las diferencias de fase en el sonido excitador generan ondas sonoras notablemente distintas. En 1965, Manfred R. Schroeder publicó «Un nuevo método para medir el tiempo de reverberación» en el Journal of the Acoustical Society of America . Propuso medir, no la potencia del sonido, sino la energía, integrándola. Esto permitió mostrar la variación en la tasa de atenuación y liberó a los acústicos de la necesidad de promediar numerosas mediciones.

La ecuación de reverberación de Sabine se desarrolló a finales _de la década de 1890 de forma empírica . Estableció una relación entre el T60 de una sala, su volumen y su absorción total (en sabins ). Esto viene dado por la ecuación:

${\displaystyle T_{60}={\frac {24\ln 10^{1}}{c_{20}}}{\frac {V}{Sa}}\approx 0.1611\,\mathrm {s} \mathrm {m} ^{-1}{\frac {V}{Sa}}}$.

donde c ₂₀ es la velocidad del sonido en la habitación (a 20  °C), V es el volumen de la habitación en m ³ , S es el área superficial total de la habitación en m ² , a es el coeficiente de absorción promedio de las superficies de la habitación, y el producto Sa es la absorción total en sabins.

La absorción total en sabins (y, por lo tanto, el tiempo de reverberación) generalmente varía según la frecuencia (que está definida por las propiedades acústicas del espacio). La ecuación no considera la forma de la sala ni las pérdidas por la propagación del sonido a través del aire (importantes en espacios grandes). La mayoría de las salas absorben menos energía sonora en las frecuencias bajas, lo que resulta en tiempos de reverberación más largos en dichas frecuencias.

Sabine concluyó que el tiempo de reverberación depende de la reflectividad del sonido en las distintas superficies presentes en la sala. Si la reflexión es coherente, el tiempo de reverberación será mayor; el sonido tardará más en desvanecerse.

El tiempo de reverberación RT ₆₀ y el volumen V de la sala tienen una gran influencia en la distancia crítica d _c (ecuación condicional):

${\displaystyle d_{\mathrm {c} }\approx 0{.}057\cdot {\sqrt {\frac {V}{RT_{60}}}}}$

donde distancia crítica${\displaystyle d_{c}}$se mide en metros, volumen${\displaystyle V}$se mide en m³ y el tiempo de reverberación RT ₆₀ se mide en segundos .

La ecuación del tiempo de reverberación de Eyring fue propuesta por Carl F. Eyring de Bell Labs en 1930. ^{[ 10 ]} Esta ecuación busca estimar mejor el tiempo de reverberación en salas pequeñas con cantidades relativamente grandes de absorción acústica, identificadas por Eyring como salas "muertas". Estas salas tienden a tener tiempos de reverberación más bajos que las salas más grandes y acústicamente más vivas. La ecuación de Eyring es similar en forma a la ecuación de Sabine, pero incluye modificaciones para escalar logarítmicamente el término de absorción . Las unidades y variables dentro de la ecuación son las mismas que las definidas para la ecuación de Sabine. El tiempo de reverberación de Eyring viene dado por la ecuación:

${\displaystyle T_{60}\approx -0.161\ {\frac {V}{S\ln(1-a)}}}$.

La ecuación de Eyring se desarrolló a partir de principios fundamentales utilizando un modelo de fuente de imagen para la reflexión del sonido, a diferencia del enfoque empírico de Sabine . Los resultados experimentales obtenidos por Sabine generalmente coinciden con la ecuación de Eyring, ya que ambas fórmulas se vuelven idénticas para salas con mucha reverberación, como aquellas en las que trabajaba Sabine. Sin embargo, la ecuación de Eyring resulta más válida para salas más pequeñas con alta absorción acústica. Por ello, la ecuación de Eyring se utiliza frecuentemente para estimar el tiempo de reverberación en salas de control de estudios de grabación u otros entornos de escucha críticos con alta absorción acústica. La ecuación de Sabine tiende a sobreestimar el tiempo de reverberación en salas pequeñas con alta absorción. Por esta razón, las calculadoras de tiempo de reverberación disponibles para estudios de grabación pequeños, como los estudios de grabación domésticos , suelen utilizar la ecuación de Eyring.

El coeficiente de absorción de un material es un número entre 0 y 1 que indica la proporción de sonido absorbido por la superficie en comparación con la proporción reflejada de vuelta a la habitación. Una ventana grande y completamente abierta no ofrecería ninguna reflexión, ya que cualquier sonido que la alcanzara saldría directamente sin reflejarse. Esto tendría un coeficiente de absorción de 1. Por el contrario, un techo de hormigón pintado, grueso y liso, sería el equivalente acústico de un espejo y tendría un coeficiente de absorción muy cercano a 0.

Los coeficientes de absorción dependen de la frecuencia y se suelen reportar en las frecuencias centrales de banda de octava estándar de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz. ^{[ 11 ]} A partir de los valores dependientes de la frecuencia, se puede obtener un valor numérico único denominado coeficiente de absorción acústica ponderado ( α _{w ) según la} norma ISO 11654. ^{[ 12 ]}

El método de laboratorio estándar para medir coeficientes de absorción es ISO 354 , que utiliza una cámara reverberante y determina el coeficiente de absorción de incidencia aleatoria a partir del cambio en el tiempo de reverberación después de colocar una muestra de prueba en la cámara. ^{[ 13 ]} Un método alternativo que utiliza un tubo de impedancia (ISO 10534-2) mide el coeficiente de absorción de incidencia normal para pequeñas muestras de material. ^{[ 14 ]} Los valores medidos en una cámara reverberante pueden superar 1,0 porque los efectos de difracción de borde aumentan el área de absorción efectiva más allá de las dimensiones físicas de la muestra.