UNTREF-AcusticayPsicoacI-Capitulo_5

8/2/2019 UNTREF-AcusticayPsicoacI-Capitulo_5

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1Florent MASSON Acstica y Psicoacstica I

CAPITULO 5:

Introduccin a la acstica

arquitectnica


1. Conceptos generales

2. Estudio ondulatorio de los recintos

3. Modelos estadsticos de la acstica de salas y

tiempo de reverberacin

4. La absorcin acstica

5. El acondicionamiento acstico de recintos

6. Percepcin y calidad de un recinto

7. Medir en acstica arquitectnica

Capitulo 5: Introduccin a la acstica arquitectnica


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1. Conceptos generales2. Estudio ondulatorio de los recintos










1.1 Los campos sonoros (ISO 12001) Campo libre: propagacin libre en el espacio (no hay

obstculos)

Campo cercano: campo en donde la impedancia es compleja(campo sonoro no decrece 6dB por duplicacin de la distancia)

Campo lejano: campo en donde se puede considerar solo laparte real de la impedancia (campo sonoro decrece 6dB porduplicacin de la distancia por una fuente omnidireccional)

Campo directo: parte del campo que no esta alterado porreflexiones

Campo reverberante: zona con predominancia del sonidoreflejado. Aparicin de un equilibrio entre sonido directo ysonido reflejado nivel de presin sonora tiende amantenerse constante.




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Near

field

Far field

Free field Reverberant field

Lp

Distance, rA1 2 A1

6 dB




Aparicin de una distancia crtica dc cuando el nivel depresin del campo directo es igual al nivel de presin delcampo reverberado

con Qfactor de directividad de la fuente

y R constante de la sala definido por

con

es el coeficiente de absorcin promedio de la sala

es el coeficiente de absorcin de cada superficie Sies la superficie total de la sala

A la distancia crtica se puede asociar la inteligibilidad

QR,dc 140=

=1

TSRT

i

ii

S

S=

i

=i

iT SS




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dc

Campo Libre Campo Reverberante

Distancia

(m)

NPS

(dB)

-6 dB por duplicacin

de distancia

dc

B B

A

Caso 1. Sala sin absorcinA y B estn fuera de dc

poca inteligibilidad

Caso 2. Sala con un poco deabsorcindcmayor

A escucha bien la fuente

dc

A




Concepto de sala viva (poco absorbente) o apagada(muy absorbente)

LDnivel de presin delcampo directo

LRiniveles de loscampos reverberados




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2.1 Modos acsticos de una sala paralelepipdica Modos = respuestas naturales, propias de un sistema.

Se aplica la ecuacin de onda en 3D en coordenadas cartesianas.Para una onda de presin armnica:

Se supone que la propagacin en cada una de las direcciones esindependiente:

Lo que permite escribir la ecuacin en la forma:




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k es el numero de onda angular definido por

Llegamos a 3 ecuaciones independientes en X, Y y Z

Las superficies de la sala son consideradas como rgidas

y

con los Li las dimensiones de la sala y ni = 0,1,2,3,

+=

+=

+=

)zkcos(C)x(Z

)ykcos(C)y(Y

)xkcos(C)x(X

zzz

yyy

xxx

0=i i

i

i nL

k

=




La presin acstica total se escribe como la sumatoria de losmodos acsticos

La posicin de los vientres y de los nodos de presin no varanen el tiempo: se establecen ondas estacionarias!

Estas posiciones definen los modos acsticos de la sala definidospor las frecuencias naturales

=

zyx n,n,n

tj

z

z

y

y

x

x ezL

ncosyL

ncosxL

ncosP)t,z,y,x(p




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Los modos se dividen en 3 grupos

Los modos axiales cuando solo 1 de nx, ny, nz es > 0

Los modos tangenciales cuando 2 de nx, ny, nz son > 0

Los modos oblicuos cuando los 3 nx, ny, nz son > 0

Ejemplos de modos acsticos en 2D




Ejemplo de modo acstico en 3D: modo (2,3,1)




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Ejemplo de la dispersin de los modos en dos salas

Caso a) sala con proporciones ptimas, la reparticinde los modos es parcialmente uniforme

Caso b) sala de forma cbica, concentracin de modos fenmeno de coloracin del sonido

Relaciones recomendadasentre las dimensiones de

una sala rectangularsegn Carrin




Funcin de transferencia de una sala:respuesta en frecuencia entre una fuente en un punto MF y unreceptor en un punto MR




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2.2 La densidad modal Cuanto mas altas estn las frecuencias, mayor es el nmero de

modos.

Se puede estimar el nmero de modos inferiores a una frecuenciaf por:

Con V volumen de la sala, S la superficie total y L longitud total de lasaristas

Ejemplo: f = 300 Hz y Lx x Ly x Lz = 10 x 15 x 4 m

N = 2045 modos




En la prctica se utiliza la densidad modal definidapor




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La descripcin modal se torna muy complicada y difcilde modelizar a medida que aumentan las frecuencias

A frecuencias altas, superposicin de los vientres ynodos de presin --> nivel de presin casi igual entodo el espacio (campo tiende a ser difuso)

Limite de utilizacin del modelo definido por lafrecuencia de Shroeder

con TR el tiempo de reverberacion del

recinto y V su volumen

Se necesita utilizar otro modelo, un modeloestadstico

V

Tf Rr 2000=












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3. Modelos estadsticos de la acstica de salas ytiempo de reverberacin

3.1 El modelo de Wallace C. Sabine Fin siglo XIX, aparicin formula de Sabine

revolucion el mundo de la acsticaarquitectnica

En 1900, realiz su primer auditrium basadoen esta formulacin: el New BostonMusic Hall

El modelo tiene en cuenta la absorcin de las paredes

Wallace C. Sabine


3. Modelos estadsticos de la acstica de salas


El nivel sonoro en una sala suficientemente reverberantees la suma

Del campo directo, corresponde a la irradiacin de la fuente

Del campo reverberado, corresponde a las reflexiones mltiples

El campo directo se deduce se las leyes de propagacin

de las ondas emitidas por una fuentecon W la potencia de la fuente y

Q su factor de directividad

El campo reverberado esta asociado a la parte del sonidoque fue reflectado muchas veces por las diferentessuperficies de la sala

2

0

2

4 d

WQ

c

pI

D

D

==




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El balanceo de energa total de la sala

es igual a

dEs corresponde a la energa aportada por lafuente al campo reverberadodEA corresponde a la energa absorbida porlas paredes

Despus de una reflexin la parte dEs que no es absorbida es

La intensidad incidente en campo difuso es igual a

Y la parte dEA que es absorbida es

Entonces

directo

reverberado

As dEdEdE =

( )WdtdEs = 1

dtc

pSdtWdE

R

TincA

0

2

4 ==

c

pI

R

inc

0

2

4

=

( )c

pSW

dt

dE RT

0

2

41

=




Cuando el equilibrio esta establecido (despus excitacin)

con R la constante de la sala

El campo total esc

p

c

p

c

p RD

0

2

0

2

0

2

+=

R

W

c

p

dt

dE R 40

0

2

==

+=Rd

QW

c

p 4

42

0

2

++=Rd

QlogLL Wp

4

410

2

Campo reverberadoCampo directodecrece 6dB por duplicacin de la distancia




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3.2 El tiempo de reverberacin

Energa total sala = Energa potencial + Energa cintica

Se puede mostrar que la densidad de energa potencial es igual a

La superposicin de muchos modos permite hacer la hiptesis que encada punto del volumen las densidades de energas (E/V)potenciales y cinticas son iguales:

Cuando una fuente se apaga rpidamente la energa aportada por lafuente al campo reverberado se considera nula

2

0

2

2 c

p

dt

pd

c

V

dt

dE2

2

0

=

T

RRS

c

p

dt

pd

c

V

dt

dE

0

22

2

04

==




Las soluciones de la ecuacin diferencial se escriben en la forma

es la presin eficaz cuando se apaga la fuente

Por definicin el tiempo de reverberacin TR (o RT o T60) es el

tiempo necesario para que la energa decrece de 60dB o sea 10-6

Pa.

Con la absorcin total o absorcin sabine (en m2)

( ) ( )

=

=t

V

Scexpptp T

tRR4

2

0

2

( )02 =tpR

=

tV

Scexp T

410

6

( ) A

V,

S

V

explogcT

T

R

161024==

Formula de Sabine

TSA =




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Condiciones de validad de la formula:

Que la reparticin de la absorcin sea homognea (para que elcoeficiente de absorcin promedio tenga un sentido)

Que la sala sea suficientemente regular para poder suponer quelas densidades de energas son iguales (campo difuso)

Que la sala no sea muy absorbente

Aspecto de la medicin de un TR,

escala linear

escala logartmica




3.3 El modelo de Norris-Eyring

Mas adaptado a las salas muy absorbentes

Basado sobre el principio de la acstica geomtrica:

Cada vez que una onda encuentra una pared ella pierde un poco

de su energa de

Despus de n reflexiones

En un tiempo t la distancia recorrida es

con li las distancias entre 2 reflexiones sucesivas y lm el camino libremedio

( )1

( ) ( ) ( ) ( )( )

====

12

0

2

0

21

lnn

tR

n

tRRepptp

m

i

i lnltc ==




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Se supone que el medio de propagacin es homogneo: la

probabilidad de propagacin en cada direccin del espacio esigual (Kosten):

Entonces

Por definicin del tiempo de reverberacin se puede calcular que

( ) ( )( )t

V

cS

tRR

T

eptp

==

1ln42

0

2

T

mS

Vl

4=

( ) TR

Sln

V,T

=

1

1610

Formula de Norris-Eyring




Condiciones de validad de la formula:

Que la reparticin de la absorcin sea suficientementehomognea

Que la sala sea suficientemente regular

Que la difusin en la sala sea homognea

Problema: validad de las formulas!!




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Correccin para las salas que no tienen una absorcin

homognea:

Correccin para las salas que no tienen una absorcinhomognea con grandes superficies Sj hechas depequeas superficies S

i:

Formula de Millington(rayos series)

Formula de Eyring-Eyring(rayos paralelos)

( ) =

i

ii

RlnS

V,T

1

1610

=

i

ii

T

T

R

SS

lnS

V,T

1

1

1610

=

i

ii

Tj

j

R

SS

lnS

V,T

1

1

1610

Formula de Eyring-Millington(rayos series/paralelos)




Correccin para las salas rectangulares con absorcinmuy diferente entre las diferentes superficies:

Formula de Fitzroy

Formula deArau

( )=

=

z,y,xj

j

j

T

R

lnS

S

V,T

1

1610

2

( ) ( ) ( )

S

S

zT

S

S

yT

S

S

xT

R

zyx

lnS

V,

lnS

V,

lnS

V,T

=

1

1610

1

1610

1

1610




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Correccin cuando el medio de propagacin no es

homogneo: Formula de Kuttruff

con

represente el libre camino segn una

probabilidad Gaussiana

Correccin a la formula de Fitzroy considerando que laabsorcin no es uniforme: Formula de Neubauer

Y mucho mas

KuttT

RS

V,T

1610=




Aplicacin: acoplamiento de recintos

Se consideran dos salas, de volumen V1 y V2, acopladaspor una abertura de superficie S0 (ej. caja escenario/sala)

Las densidades de energa se escriben:

con y

V1

V2

W1

( )2

02211

122

1

4

SAA

cWA

=

( )2

02211

10

2

4

SAA

cWS

=

0111SAA +=

0222SAA +=




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El factor de acoplamiento entre los recintos 1 y 2 se define por:

Si A2 >> S0 la abertura tiene el mismo efecto que una ventana abiertaSi S0 >> A2 se puede considerar las dos salas como un solo ambiente

Si la abertura esta cerrada por un material (tipo teln,puerta,...) de coeficiente de transmisin , el coeficiente dedebilitamiento R de esta pared puede ser calculado por:

con L1 y L2 niveles de presin sonora respectivamente en las salas 1 y 2

+=

=

22

0

2110

110

A

SlogLLlogR



22

0

1

2

A

Ska ==












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Para generar absorcin acstica existe dos conceptos:

Campo resistivo = consumo de energa Caso de los materiales porosos

Campo reactivo = almacenamiento de energa Caso de los resonadores

Absorcin en rangos defrecuencias diferentes




4.1 Los materiales porosos

3 familias de porosos:

Las lanas minerales (devidrio, de roca)

Los fonoabsorbentes(espumas de poliuretano)

Los fibrosos textiles(carpetas, telas, cortinas,telones,)

Foto de porosos por microscopio

Lana de vidrio Lana de rocaEspumas dePoliuretano




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Constitucin:

Esqueleto (parte slida) de 1-10% del volumen total

Aire = resto del volumen total, los poros estn saturados en aire.

Se define por porosidad la relacin entre el volumen de aire en elmaterial Vaire y el volumen total del material VT:

Proporcin del esqueleto pequea: favorece lapenetracin de la onda acstica.

Durante la propagacin, fenmenos de fricciones(viscosidad) e intercambios de calor en el esqueleto amortiguacin de la onda

T

aire

V

V=




Micro-geometra muy compleja: modelizacin basada enparmetros globales al material.

esqueleto >> aire onda no puede meter el esqueleto enmovimiento

Modelo emprico de Delany-Bazley: da una impedancia

equivalente al material en funcin de la resistencia delmaterial al paso del aire .

El material depende de solo una variable:

Impedancia caracterstica compleja del material dada por

para 0,01 < X < 1,0

fX 0=

( )732075400

0870057101,,

e X,jX,ZZ

+=




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El coeficiente de reflexin R (relacin entre presin incidente y

reflejada a la superficie del material) se deduce de la impedanciade superficie Zs del materia por

donde

con Ze la impedancia del material, L su espesura

y ke el numero de onda del medio definido por

El coeficiente de absorcin se define en incidencia normal por

0

0

ZZ

ZZR

S

s

+

=

2

1 R=

( )LkancotZ

jZ ee

S

=

( )59507000 1890097801 ,,e X,jX,c

k +=




Modelo fsico de Biot: basado en la porosidad delmaterial , en su resistividad al paso del aire y sutortuosidad.




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4.2 Medir materiales porosos

Porosidad:

Agregando agua en el poroso y midiendo la cantidad de agua(mtodo no muy justo)

Considerando el aire como un Gas Perfecto y realizando unatransformacin isoterma. Se deduce la porosidad entre 2estados del fluido.

Resistividad: se deduce de la diferencia de presin entrelas dos caras de una muestra de un material poroso.

Tortuosidad: medicin del tiempo de vuelo de unaimpulsin ultrasonora en un material.




Medir el coeficiente de absorcin:

Tubo de Kundt (ISO 10534-2, ASTM E1050)

Permite medir el coeficiente de absorcin en incidencia normalMtodo valido hasta la frecuencia de corte del tubo (correspondea la frecuencia de aparicin de los primeros modosaxisimtricos)

con d el dimetro del tubo

Mtodo de la cmara reverberante (ISO 354, IRAM 4065)

Toma en cuenta todas las incidenciasVolumen cmara > 200 m3 y Lmax < 1.9V1/3

Paredes no paralelas y irregulares para que los modos propios dela sala sean sin picos doblesDifusin mxima: se agregan reflectores para homogeneizar lapresin sonora

d

c,f

c 833=




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El coeficiente de absorcin de deduce de la diferencia de TR

entre la presencia o no del material absorbente.

Se define el NRC (Noise Control Coefficient) por

camara

vaciaRmuestraRmuestra

muestraTTSc

V, +

=

111355

4

21500250 )kHz()kHz()Hz()Hz(NRC

+++=




4.3 Efecto de los parmetros sobre la absorcin

Efecto del espesor del material:

Frecuencia (Hz)

Coeficiented

eabsorcin

D = / 4

D


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Efecto de la resistencia del material al paso del aire:(tiene que ver con la masa volumtrica del material)

Frecuencia (Hz)

Coeficientedeabsorcin




Efecto de una lama de aire entre el materialabsorbente y una pared rgida:

Frecuencia (Hz)

Coeficiente

deabsorcin

L

sin lama de aire

con lama de aire

/ 4




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La forma de un material poroso permite:

Aumentar la superficie de absorcin efectiva: la onda ve unmaterial mas grande

Mejor adaptacin en impedancia: evita reflexiones en la cara delmaterial a la vista de la onda acstica

Creacin de cavidades: efecto de resonador (ayuda a la absorcin)

Efecto de una proteccin sobre el poroso:

Frecuencia (Hz)

Coeficiente

dea

bsorcin

sin proteccin

con proteccin

Mejora en frecuencias bajas pero

Deteriora en frecuencias mas altas

una chapa multiperforada conun ndice de perforacin > 30%no tiene efecto sobre laabsorcin

!




4.4 La absorcin generada por los resonadores

El resonador de membrana o diafragmtico

Panel no poroso y flexible: en muchos casos hecho de maderamontada a una cierta distancia de pared rgida (cavidad de aire)

Principio: sistema Masa / Resortemasa = panel

resorte = aire en la cavidad

frecuencia de resonancia dada por:

conM la masa por unidad desuperficie del panel

Mdf

600=




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Aventajas:

Absorcin generada en bajas frecuencias

Inconveniente:

Absorcin muy selectiva, utilizacin de una material poroso en lacavidad de aire para aliviar la curva del coeficiente de absorcin.




El Resonador de Helmholtz

Cavidad de aire conectada alambiente por una abertura (ocuello) estrecha

Hiptesis: >> L,S no hayresonancias en el interior delcuello mismo.

Principio: perdidas por fricciones al nivel del cuello. Absorcinmxima a la frecuencia de resonanciaf0 que corresponde a unavelocidad mxima del aire.

Frecuencia de resonancia dada por:

con S = a2 a RADIO DEL CUELLO

)a,L(V

Scf

612

0

0+

=

Factor de correccindel cuello




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Aventajas: Absorcin generada en bajas frecuencias

Se puede acoplar el efecto de 2 resonadores

Se puede utilizar un panel multiperforadofrente a una pared rgida para generar unresonador mltiple de Helmholtz (mejora elpoder de absorcin)

Frecuencia de resonancia dada por:

conp el ndice de

abertura del panelResonador mltiple a

base de panelesperforados o ranurados

)a,D(d

pc

f eq612

0

0 +=




Inconveniente:

Absorcin muy selectiva, utilizacin de una material poroso en lacavidad de aire para aliviar la curva del coeficiente deabsorcin.




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4.4 Otros elementos absorbentes

Absorcin generada por las personas y las sillas

Elementos muy importantes en acstica arquitectnica porquemuy absorbentes ( efecto seat dip)

Siempre se expresan en Absorcin SabineA (en m2)

con N el numero de personas

Difcil de evaluar la absorcin generada por las personas

Ejemplo de absorcin en sabins de personas segn Kath y Kuhl

personaPersonasTotal NAA =

f (Hz) 125 250 500 1k 2k 4k

Persona de pie

sin abrigo0,12 0,24 0,59 0,98 1,13 1,12

Persona de pie

con abrigo0,17 0,41 0,91 1,3 1,43 1,47



!


Absorcin del aire

En el caso de los recintos grande la absorcin del aire tiene queestar tomada en cuenta.

Se define por la relacin

O se utilizan curvas de referencias (T = 20C)

[ ]

humedad

b%

f.,)T(mm

291017040201

2

== ISO 9613




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El Tiempo de Reverberacin considerando la absorcin

del aire se expresa en la formulacin de Sabine por

con

mVA

V,T

Tot

R4

1610

+=

SillasPersonasTotal

i

iiTot AASA ++=



El Bass Trap

Nombre genrico dado a un sistema absorbente(por resonador de Helmholtz o por materialesabsorbentes) sintonizado en bajas frecuencias:Mximos de presin en las esquinas y a a la

distancia asociada a un /4












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5.1 Principio de la acstica geomtrica

Propagacin de una ondaomnidireccional en unrecinto de tamao:10,2m x 6,8m x z

Rpidamente frente deonda puede ser consideradocomo plano!

Se considerara (suficientemente lejos de la fuente) que la fuentegenera ondas planas en el espacio:

Fuente = generador de rayos (perpendiculares al frente deonda) cuyas propagaciones pueden ser fcilmente seguidas




Mtodo de los rayos

El sonido se considera como una onda plana propagndoseperdiendo un poco de su energa cada vez que ella encuentra unapared (reflexin sigue ley de Snell-Descartes).

Fase y longitud de onda no estn considerados en este enfoque,solo se considera la direccin de propagacin.

Sonido directo y primerasreflexiones,Adaptado de Beranek




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Mtodo de las fuentes virtuales

Las reflexiones pueden ser vistas como un sonido que provienede una fuente virtual.

Las distintas fuentes virtuales presentan un nivel energticodecreciente en funcin del grado de reflexin y de absorcin.

Mtodo de las fuentes virtuales




Ilustracin del mtodo de las fuentes virtuales segn Kuttruff




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5.2 Beneficios e inconvenientes de las reflexiones

Ecograma o respuesta impulsional




Efecto de una reflexin simple segn Barron:0dB = reflexin de misma amplitud que el sonido directo

11

Desplazamientode la localizacinde la fuente

2Aumento de lainteligibilidad

coloracindel sonido!

3 No pasa nada

4 Aparicin de ecos

2

4

3

!

50 ms




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33


El fenmeno de eco: corresponde a una reflexin claramente

audible. Sonido que se puede diferenciar del sonido directo. La reflexin llega con un atraso > 50 ms (diferencia de camino deaproximadamente 17 m)

Distancia limite antes eco

LR1 + R1P LP < 17 mOK

LE + EP LP = 17 m limite

LR2+ R2P LP > 17 mECO

El eco depende de la diferencia de nivel entre la ondareflejada y la onda incidente

El eco flotante (flutter echo): repeticin mltiple en untiempo corto de un sonido cuando una fuente se sita entre dossuperficies paralelas, lisas y muy reflectantes.




5.3 Los reflectores

Posibilitar la aparicin de reflexiones tiles (t < 50 ms para el hablay t


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34


El tamao del reflector depende de la longitud de la onda sobre la

cual tiene que actuar: La onda ser o difractada o reflejada:



L1

L2

http://www.falstad.com/wave2d/

L1 /2onda reflejada


Ejemplos de reflectores:

Ejemplo de reflectores de techo en un teatro Ejemplo de reflectores laterales

Permiten aumentar la sonoridady la claridad musical

Las reflexiones laterales permiten de aumentar el grado deimpresin espacial en una sala




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35


Algunos ejemplos de reflectores

Aula Magna, Caracas







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36


5.3 Los difusores

Cuando una onda encuentra unobstculo se producen fenmenosde difraccin (segn relacin entre y tamao obstculo)

Idea = homogeneizar la difusin

Superficies irregulares,policilndricos o difusores deSchroeder

Principalmente 3 tipos de difusores

de Schroeder: MLS (maximun Length Sequence)

QRD (Quadratic-Residue Diffusor)

PRD (Primitive-Root Diffusor)

Patrones polares de un materialabsorbente, un reflector y un difusor




Ejemplos de difusores

Producen un poco de absorcin (por efecto de resonadortipo de onda)

Cuando la reparticin es aleatoria: efecto de absorcin sobre una gama de frecuencias larga, puedeser mejorado si se cobre el difusor de una pelcula resistiva

QRD 2DQRD 1D




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37





Ilustracin de la absorcin de un difusor QRD segn Fujiwara




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5.4 Las maquetas

Principio de similitud, por un factor de escala 1:N

Maqueta al 1:20, frecuencia excitacin de [400Hz-400kHz]

Difcil de conseguir buenas fuentes, micrfonos

adaptados y materiales con absorcin equivalente Absorcin por propagacin considerable: se cambia el gas

durante la medicin o se corrigen las valores despus dela medicin

t/Nttiempo

f.NfFrecuencia

/NLongitud de onda

Tamao maquetaTamao real




Permite tener resultados muy precisos y conocer losefectos ligados a la difraccin.

Ejemplo de maqueta del Atlanta Symphonic Hall




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39












La percepcin y evaluacin de la calidad de un recinto puedeser hecha de dos formas:

Una evaluacin subjetiva (por testeo sobre unapopulacin)

Una evaluacin objetiva (segn criterios acsticos)




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40


6.1 La evaluacin subjetiva

Existen 6 dimensiones por el espacio perceptivo:

La amplitud sonora (Loudness)

El efecto de espacio (Envelopment)

La precisin (Clarity)

La intimidad (Intimacy)

La reverberancia (Reverberance)

El equilibrio tonal (Balance)

A estos parmetros hay que adjuntar el ruido de fondoque tiene que ser muy bajo (o inaudible)

Las evaluaciones se obtienen por testeo




Limitaciones de la evaluacin perceptiva:

Numero de personas a testear

Problemas de interpretacin de las preguntas

Rotacin de los asientos

Porcentaje de ocupacin de la sala

Factores visuales, psicolgicos

Tratamiento de los datos

La evaluacin de una sala por los msicos es muydistinta: necesitan escucharse bien, escuchar elpublico,...




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6.2 La evaluacin objetiva

Se distinguen dos finalidades de aplicacin por unasala:

Salas aplicadas al habla (teatros) y a las conferencias

Salas aplicadas a la msica

Criterios que se aplican en los dos casos:

El tiempo de reverberacin: EDT, TR30

El nivel del ruido de fondo: NCLa claridad C50 y C80




Criterios aplicados especficamente para el habla:

La definicin D

El STI/ RASTIy el %AlCons

Criterios aplicados especficamente para la msica:

La sonoridad G

El tiempo central ts

La eficiencia lateral LF

La correlacin cruzada interaural IAAC

La calidez BR y el brillo TR




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El tiempo de reverberacin

El Tiempo de reverberacin medido en un punto de un recinto tiene unaforma compleja:

De la pendiente dela curva saco elTR?




Como la curva del decaimiento energtico no presenta una solapendiente en escala logartmica, se definieron otros parmetros parael TR:

El EDTEarly Decay Timeque corresponde a seis vecesel tiempo para que el nivelrelativo de presin pase de0dB a -10dB

El RT30 que corresponde a dosveces el tiempo para que elnivel relativo pase de -5dB a -35dB

El EDTtraduce la impresin de viveza de una sala: si el EDTessignificativamente menor al RT, la sala resulta mas apagada.

Se recomienda para una buena difusin del sonido, queEDTmid= RTmid

el ndice midcorresponde a las frecuencias centrales de 500Hz - 1kHz




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Ejemplos de RTmid(500Hz 1kHz) de referencia:

Tipo de Sala RT mid

(s)

Estudio de grabacin 0,2 - 0,4

Living, oficina 0,5 - 0,8

Sala de conferencias 0,7 - 1,0

Cine 0,5 - 1,0

Sala polivalente 1,2 - 1,6

Teatro 1,2 - 1,5

Msica de Cmara 1,3 - 1,7

Msica sinfnica 1,7 - 2,0rgano o canto coral 2,0 - 3,0




El ruido de fondo, las curvas NC (Noise criteria)

Se recomienda para los ambientes dedicados al habla un NC30mximo y para los ambientes dedicados a la msica un NC20mximo




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La claridad C50 (habla) y C80 (msica)

Define el grado de precisin sobre un sonido

Se recomienda un C50 > 2dB para una buenaclaridad

Se recomienda un -4 < C80 < 0dB en sala vaca(o -2 < C80 < 2dB en sala ocupada) para un

grado de separacin correcto entre losdiferentes sonidos individuales integrantes deuna composicin musical

( )

( )

=

+

ms

ms

dtth

dtth

C

50

2

50

0

2

50 log10

( )

( )

=

+

ms

ms

dtth

dtth

C

80

2

80

0

2

80 log10

Con h2(t) la repuesta impulsional




La definicin D

Define la relacin entre la energa llegando al oyente en los 50 msy la energa total.

Cuando mas elevado sea el parmetro, mejor ser lainteligibilidad.

Se recomienda un D > 0,5 en cada banda de125Hz 4kHz en sala ocupada

( )

( )+=

0

2

50

0

2

dtth

dtth

D

ms




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El STI / RASTI y el %AlCons

Parmetros ligados a la inteligibilidad de la palabra.

El %AlCons define la perdida de articulacin de consonantes(Peutz)Se recomiende un %AlCons < 5% en sala ocupada

El STI (speech transmission index) y el RASTI (rapid speechtransmission index) tambin cuantifican el grado de inteligibilidadde las consonantes.Se recomiende un STI-RASTI > 0,65 en las bandas 500Hz 2kHzen sala ocupada




La sonoridad G (sound strength, loudness)

Define la relacin entre el nivel total de presin sonora producidopor una fuente omnidireccional en un punto determinado de unasala y el nivel producido por la misma fuente en un campo libremedido a 10m.

Se entiende como el grado de amplificacin producido por la sala.

Se recomiende un 4 < G500Hz-1kHz < 5,5dB en sala vaca

( )

( )

=

+

+

0

102

0

2

log10

dtth

dtth

G

m




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El tiempo central ts

Centro de gravedad de la respuesta impulsional

A un ts pequeo corresponde un sonido claro y a un ts mas grandecorresponde un reverberacin mas preponderante.

Se recomiende un 70ms < ts < 145ms

( )

( )dtth

dttht

ts

+

+

=

0

2

0

2




La eficiencia lateral LF (spaciousness)

Parmetro ligado a la sensacin de espacio mas grande percibido,que el sonido llega de mltiples direcciones:

La fuente sonora parece mas grande que lo que es

Sensacin de seguridad, de estar a dentro, el sonido vienepor todos lados (sensacin de envolvente)

Relacin entre la energa llegando por el costado y la energa

total en los 80ms

Segn Marshall se recomiende un 15% < LEF < 25% en las bandas125Hz-1kHz en sala vaca

( )

( )

=

ms

ms

ms

b

EF

dtth

dtth

L80

0

2

80

5

2

Con hb2(t) la repuesta impulsional medidopor un micrfono bidireccional




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La correlacin cruzada interaural IACC

Correlacin entre las respuestas impulsionales en ambos odos

Indica el grado de similitud entre ambos seales:IACC = 1 si iguales y IACC = 0 si independientes

Existe el IACCE (early) calculado entre 0 y 80ms aplicado al hablay el IACCL (late) calculado entre 80ms y 1s aplicado a la msica

Beranek propone un 0,6 < 1 - IACC < 0,7 en sala vaca en lasbandas 500Hz 2kHz

( ) ( )

( ) ( )

+=

2

1

2

1

2

1

21

22

, maxt

t

R

t

t

L

t

t

RL

tt

dtthdtth

dtthth

IACC




La calidez BR y el brillo TR

Parmetros describiendo el aporte de una sala a la coloracintonal de un sonido (influencia sobre el timbre)

Beranek propone los valores siguientes:

1,1 < BR < 1,25 cuando RTmid = 2,2s1,1 < BR < 1,45 cuando RTmid = 1,8s

TR > 0,87

HzHz

HzHz

TT

TTBR

1000500

250125

+

+=

HzHz

HzHz

TT

TTTR1000500

40002000

+

+=

Traduce la riqueza en sonidos graves, la

melosidad y suavidad de la msica

Traduce la riqueza en sonidos agudos




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Tabla recapitulativa

Nombre del Criterio Msica Habla Dimensin perceptiva equivalenteRT30 Si Si Reverberancia, amplitud sonora

EDT Si Si Viveza, precisin

Ruido de fondo NC Si Si Ruido de fondo

Claridad C Si Si Precisin, grado de separacin

Definicin D No Si Inteligibilidad

STI / RASTI No Si Inteligibilidad

Sonoridad G Si No Amplitud sonora

Tiempo central ts Si no Precisin

eficiencia lateral LF Si No Efecto de espacio, amplitud aparentede la fuente

correlacin cruzada interauralIACC

Si No Efecto de espacio, sensacin deenvolvente

Calidez BR y Brillo TR Si No Equilibrio tonal














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7.1 La fuente sonora

Ruido Estacionario

Se miden los niveles de presin sonora en distintos puntos de lasala con un sonmetro

Ruido Interrumpido

Se mide el decaimiento del sonido despus que se apague unafuente

Ruido Impulsivo

Se mide el decaimiento del sonido despus una excitacinimpulsional generada por un cohete, un globo, una pistola, unwooden hand clapper,




El mtodo del ruido interrumpido

Mtodo descrito en la norma ISO 3382 Measurement of roomacoustic parameters

Por la fuente se necesita un parlante omnidireccional: se utiliza un dodecaedro (figura de 12 parlantes) o un icosaedro(figura de 20 parlantes)

Mtodo necesitando un equipamiento importante

Dodecaedro de la marca Cesva Instruments




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El mtodo del ruido impulsivo

Mtodo sencilla, necesitando poco equipamiento

Difcil de controlar la directividad

Ilustracin del los mtodos impulsivos (izquierda) y interrumpidos (derecha)




El mtodo del ruido pseudo-impulsivo

Mtodo conocido con el nombre de MLS Maximun LengthSequencies

Seal compuesta por una sucesin de 0 y de 1Por ejemplo la secuencia de rango 3 se escribe en la forma: 1,1,-1,-1,1,-1,1

Aventajas: la funcin de autocorrelacin de la seal MLS es igual

una impulsin.La correlacin cruzada entre la seal de la fuente y la sealmedida permite conocer la respuesta impulsional de un recinto

Permite reducir el nivel de ruido




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7.2 Los equipos de medicin

El sonmetro (muchos tienen ya un modulo dedicado a la medicin del TR)

El micrfono omnidireccional

El micrfono bidireccional para la medicin de la eficiencialateral

La cabeza artificial para la medicin de la correlacininteraural cruzada



Documents

UNTREF-AcusticayPsicoacI-Capitulo_5