acústica de la sala

La acústica de salas es una subdisciplina de la acústica que estudia el comportamiento del sonido en espacios cerrados o parcialmente cerrados. Los detalles arquitectónicos de una sala influyen en el comportamiento de las ondas sonoras en su interior, y los efectos varían según la frecuencia . La reflexión , la difracción y la difusión acústicas pueden combinarse para crear fenómenos audibles como modos de sala y ondas estacionarias en frecuencias y ubicaciones específicas, ecos y patrones de reverberación únicos .

La forma en que el sonido se comporta en una habitación se puede dividir en cuatro zonas de frecuencia diferentes:

• La primera zona se encuentra por debajo de la frecuencia cuya longitud de onda es el doble de la dimensión más larga de la habitación. En esta zona, el sonido se comporta de forma muy similar a los cambios en la presión estática del aire.
• Por encima de esa zona, hasta que las longitudes de onda sean comparables a las dimensiones de la habitación, ^{[ a ]} predominan las resonancias de la habitación . Esta frecuencia de transición se conoce popularmente como frecuencia de Schroeder o frecuencia de cruce, y diferencia las bajas frecuencias que crean ondas estacionarias dentro de habitaciones pequeñas de las frecuencias medias y altas. ^{[ 3 ]}
• La tercera región, que se extiende aproximadamente 2 octavas , es una transición a la cuarta zona.
• En la cuarta zona, los sonidos se comportan como rayos de luz que rebotan por la habitación.

Para frecuencias inferiores a la frecuencia de Schroeder, ciertas longitudes de onda del sonido se acumularán como resonancias dentro de los límites de la sala, y las frecuencias de resonancia se pueden determinar utilizando las dimensiones de la sala. De forma similar al cálculo de ondas estacionarias dentro de un tubo con dos extremos cerrados, las frecuencias modales${\textstyle (f_{m,n,l})}$y la presión sonora de esos modos en una posición particular${\textstyle (p_{m,n,l}(x,y,z))}$de una habitación rectilínea se puede definir como

$${\displaystyle f_{m,n,l}={\frac {c}{2}}{\sqrt {{\Big (}{\frac {m}{L_{x}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {n}{L_{y}}}{\Big )}^{2}+{\Big (}{\frac {l}{L_{z}}}{\Big )}^{2}}}}$$$${\displaystyle p_{m,n,l}(x,y,z)=A\cos {\Big (}{\frac {m\pi }{L_{x}}}x{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {n\pi }{L_{y}}}y{\Big )}\cos {\Big (}{\frac {l\pi }{L_{z}}}z{\Big )}}$$

dónde${\textstyle m,n,l=0,1,2,3...}$son los números de modo que corresponden a los ejes x, y y z de la habitación,${\textstyle c}$es la velocidad del sonido en${\textstyle {\frac {m}{s}}}$,${\textstyle L_{x},L_{y},L_{z}}$son las dimensiones de la habitación en metros.${\textstyle A}$es la amplitud de la onda sonora, y${\textstyle x,y,z}$son las coordenadas de un punto contenido dentro de la habitación. ^{[ 4 ]}

Los modos pueden aparecer en las tres dimensiones de una habitación. Los modos axiales son unidimensionales y se forman entre un conjunto de paredes paralelas. Los modos tangenciales son bidimensionales e involucran cuatro paredes que delimitan el espacio perpendicularmente entre sí. Finalmente, los modos oblicuos afectan a todas las paredes dentro de la habitación rectilínea simplificada. ^{[ 5 ]}

Un método de análisis de densidad modal que utiliza conceptos de la psicoacústica , el "criterio de Bonello", analiza los primeros 48 modos de la sala y grafica el número de modos en cada tercio de octava. ^{[ 6 ]} La curva aumenta monótonamente (cada tercio de octava debe tener más modos que el anterior). ^{[ 7 ]} Más recientemente se han desarrollado otros sistemas para determinar las relaciones de sala correctas. ^{[ 8 ]}

Tras determinar las dimensiones óptimas de la sala, utilizando el criterio de densidad modal, el siguiente paso es hallar el tiempo de reverberación correcto . El tiempo de reverberación más adecuado depende del uso de la sala. RT60 es una medida del tiempo de reverberación. ^{[ 9 ]} Se necesitan tiempos de entre 1,5 y 2 segundos para teatros de ópera y salas de conciertos. Para estudios de radiodifusión y grabación , y salas de conferencias, se suelen utilizar valores inferiores a un segundo. El tiempo de reverberación recomendado siempre depende del volumen de la sala. Varios autores ofrecen sus recomendaciones. ^{[ 10 ]} Una buena aproximación para estudios de radiodifusión y salas de conferencias es:

TR[1  kHz] = [0,4 log (V+62)] – 0,38 segundos,

donde V = volumen de la habitación en m³ ^. [ ^{11 ] Idealmente} , el RT60 debería tener aproximadamente el mismo valor en todas las frecuencias de 30 a 12.000  Hz.

Para obtener el RT60 deseado, se pueden utilizar diversos materiales acústicos, como se describe en varios libros. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Oscar Bonello propuso una valiosa simplificación de la tarea en 1979. ^{[ 14 ]} Consiste en utilizar paneles acústicos estándar de 1 m² ^colgados de las paredes de la sala (solo si los paneles son paralelos). Estos paneles utilizan una combinación de tres resonadores de Helmholtz y un panel resonante de madera. Este sistema proporciona una gran absorción acústica en bajas frecuencias (por debajo de 500  Hz) y la reduce en altas frecuencias para compensar la absorción típica de las personas, las superficies laterales, los techos, etc.

El espacio acústico es un entorno acústico en el que un observador puede oír el sonido. El término espacio acústico fue mencionado por primera vez por Marshall McLuhan , profesor y filósofo. ^{[ 15 ]}

En realidad, existen algunas propiedades acústicas que afectan al espacio acústico. Estas propiedades pueden mejorar la calidad del sonido o interferir con él.

• La reflexión es el cambio de dirección de una onda al chocar con un objeto. Muchos ingenieros acústicos aprovechan este fenómeno. Se utiliza en el diseño de interiores , ya sea para obtener beneficios de las reflexiones o para eliminarlas. Las ondas sonoras suelen reflejarse en la pared e interferir con otras ondas sonoras que se generan posteriormente. Para evitar que las ondas sonoras se reflejen directamente hacia el receptor,se introduce un difusor . ^{[ 16 ]} Un difusor tiene diferentes profundidades, lo que provoca que el sonido se disperse uniformemente en direcciones aleatorias. Transforma el molesto eco del sonido en una reverberación suave que se atenúa con el tiempo.
• La difracción es el cambio en la propagación de una onda sonora para evitar obstáculos. Según el principio de Huygens , cuando una onda sonora es bloqueada parcialmente por un obstáculo, la parte restante que lo atraviesa actúa como fuente de ondas secundarias. ^{[ 17 ]} Por ejemplo, si una persona está en una habitación y grita con la puerta abierta, las personas a ambos lados del pasillo la oirán. Las ondas sonoras que salen de la puerta se convierten en una fuente y luego se propagan por el pasillo. Los sonidos del entorno pueden interferir con el espacio acústico, como en el ejemplo dado.

La aplicación del espacio acústico es muy útil en arquitectura. Algunos tipos de arquitectura requieren un diseño competente para lograr el mejor rendimiento. Por ejemplo, salas de conciertos, auditorios, teatros o incluso catedrales. ^{[ 18 ]}

• Sala de conciertos : un lugar diseñado para celebrar conciertos . Una buena sala de conciertos suele albergar entre 1700 y 2600 personas. ^{[ 19 ]} Hay tres atributos principales de una buena sala de conciertos: claridad, ambiente y volumen. ^{[ 16 ]} Si los asientos están bien ubicados, el público escuchará un sonido claro desde cada uno de ellos. Para un mayor ambiente, se diseñan tiempos de reverberación según se prefiera. Por ejemplo, la música romántica suele requerir un tiempo de reverberación para realzar las emociones; por lo tanto, los techos de la sala de conciertos deben ser altos.

  

• Teatro : un lugar diseñado para espectáculos en vivo. La prioridad principal del diseño de sonido en un teatro es el habla. ^{[ 16 ] [ 19 ]} El habla debe escucharse con claridad, incluso si es un susurro suave. En este caso, no se necesita reverberación; interrumpe las palabras de los actores . La intensidad debe aumentarse para ampliar el espacio acústico y cubrir el teatro sin alterar la dinámica . En teatros grandes,se debe utilizar amplificación .

• Las catedrales (y las iglesias) tienen un área llamada coro , generalmente ubicada cerca del transepto , donde se encuentra la torre en la mayoría de las catedrales. El coro es para que el coro cante. Este tipo de canto requiere un sonido suave y difuso para crear ambiente y transmitir emoción. La altura de la catedral no solo muestra orgullo religioso, sino que también mejora la acústica. Hay más reverberación cuando la fuente genera un sonido en el espacio.

La impresión acústica de una habitación está determinada por:

• fracción del sonido directo en el nivel sonoro total ^{[ 20 ]}
• el retardo de tiempo y la dirección de las reflexiones tempranas y su contribución al nivel de sonido general ^{[ 21 ]}
• el inicio tardío y la distribución espacial de la reverberación, ^{[ 22 ] [ 23 ]} así como su proporción en el nivel de sonido general y su desarrollo temporal (tiempo de reverberación)

La tarea de la acústica de salas consiste en influir en estos parámetros diseñando la sala ^{[ 24 ]} de manera que se maximicen sus propiedades acústicas para el uso previsto. Sin embargo, no todos los espacios se diseñan teniendo en cuenta la acústica. En este caso, la ubicación de los altavoces desempeñará un papel decisivo en la propagación de las ondas sonoras, afectando la claridad, el volumen y la calidad general del sonido. ^{[ 25 ]}

Los objetivos del diseño acústico de salas pueden ser: ^{[ 26 ]}

• Al grabar sonido en estudios de grabación, no debe haber ninguna influencia indeseable de la sala: ^{[ 27 ]} es importante que la reflectividad sea lo más baja posible para que el sonido grabado esté determinado principalmente por el sonido directo y el carácter acústico de la sala de grabación no afecte negativamente la grabación. ^{[ 28 ]}
• La mayor inteligibilidad del habla posible en aulas, salas de conferencias y teatros: la proporción de sonido directo debe ser alta y las primeras reflexiones deben provenir principalmente del lado del hablante con un retraso de inicio relativamente corto para aumentar el volumen del hablante y facilitar la localización del sonido.
• Para lograr la mejor percepción espacial posible de la música en las salas de conciertos, la proporción de sonido directo debe equilibrarse con las reflexiones ^{[ 29 ]} , lo suficientemente grandes como para que la música se perciba con claridad y transparencia, pero no demasiado grandes como para no perjudicar la impresión espacial. Las primeras reflexiones deben constituir una gran proporción del sonido total y distribuirse de la manera más uniforme posible en dirección.

Dado que las propiedades acústicas de las salas para diferentes aplicaciones son prácticamente incompatibles, resulta casi imposible crear una sala universal que combine una buena inteligibilidad del habla y una buena percepción espacial de la música.

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