apuntes de acústica musical daniel maggiolo


INGENIERÍA ACÚSTICA Y
ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA
Esta área se ocupa principalmente de tres campos que podemos definir como
  1. combate del ruido
  2. acústica de recintos
  3. acústica y urbanismo


1. Combate del ruido

Por lo general, el combate del ruido se ha dedicado a
  • determinar cuáles son los niveles de ruido tolerables por el ser humano
  • implementar medidas destinadas a que no se superen dichos niveles.


1.1 Ruido

La primera dificultad que se enfrenta es precisamente la definición precisa de lo que entendemos por ruido. Múltiples definiciones de ruido pueden llevar a la identificación de múltiples objetos de aquello que pretendemos combatir.

1.1.1 Definiciones de ruido


1.2 Tolerancia

La determinación de la tolerancia al ruido dependerá, naturalmente, de la definición que hayamos dado al ruido. La tolerancia al ruido se ha definido mayoritariamente a partir de parámetros cuantitativos, que tienen que ver con la intensidad de un sonido o el nivel de presión sonora (umbral de dolor a 120 dB).

Paralelamente deben considerarse los tiempos de exposición. El nivel de presión sonora no alcanza por sí solo, sino que distintos niveles de presión sonora tienen distintos tiempos de tolerancia antes de producir daños muchas veces irreparables. Cada vez que se duplica la intensidad (aumento de 3 dB) se debe dividir por dos el tiempo de exposición tolerable.

SPL / tiempo de tolerancia
85 dB => 8 horas
88 dB => 4 horas
91 dB => 2 horas
94 dB => 1 hora
97 dB => 30 minutos
100 dB => 15 minutos
103 dB => 7.5 minutos
106 dB => 3.75 minutos


1.3 Medidas

Las medidas pueden ser al menos de tres tipos.

Medidas de tipo legal o normativo, que disponen los niveles de ruido aceptables para distintas zonas y para distintas horas del día. Muchas veces este tipo de medidas no tienen en cuenta los tiempos de exposición, sino exclusivamente los niveles de presión sonora tolerables. Estas medidas han llevado mayoritariamente a la persecución de locales destinados al ocio, pero no han sido aplicadas a otros fenómenos generadores de ruido, como por ejemplo la construcción. Por otra parte, las medidas suelen limitarse a aspectos cuantitativos del sonido, no tomando en cuenta los aspectos cualitativos.

Un segundo tipo de medidas es el que apunta a modificar las características de la fuente sonora con el objetivo de que produzca niveles de presión sonora menores, cayendo por consiguiente dentro de los límites tolerables o establecidos por la ley. Estas medidas deben darse en las áreas de I+D de las empresas que fabrican las fuentes sonoras.

Un tercer tipo de medidas apunta al establecimiento de barreras entre la fuente sonora y los receptores, de manera de hacer nuevamente que el sonido se mantenga dentro de los límites tolerables o establecidos por la ley. Las mismas abarcan desde barreras de tipo físico, pero también sonoras, que funcionan sobre la base de generar interferencias con el sonido que se pretende combatir.


2. Acústica de recintos

La acústica de recintos apunta a resolver dos tipos diferentes de problemas
  • aislamiento acústico
  • tratamiento acústico de un recinto


2.1 Aislamiento acústico

De alguna manera relacionado con lo visto anteriormente, es decir, el combate del ruido. Aquí se trata de impedir que sonidos indeseados ingresen a un recinto.

El nivel de aislamiento necesario dependerá de la función que se le asigne al recinto. Los niveles de "ruido de fondo" admisibles no son iguales en un estudio de grabación, una biblioteca o una oficina. Un error en la determinación de estos valores puede provocar consecuencias negativas en los objetivos que se pretenden alcanzar - es decir, en el funcionamiento normal de dicho recinto.

Las medidas a tomar para alcanzar los niveles deseados de aislamiento dependerán de la ubicación física del recinto y de las condiciones de producción sonora a su alrededor. La elección de una buena ubicación física puede significar un ahorro en los costos de implementación de las medidas de aislamiento.

Esencialmente hay dos tipos de transmisión sonora que se deben evitar: las ondas sonoras que se transmiten por el aire (transmisión aérea ) y las que se transmiten por la estructura de la edificación (transmisión estructural).

En general, la ley de la masa indica que sólo la masa aísla acústicamente. Es decir, ante situaciones críticas, se necesitarán paredes muy anchas y pesadas para lograr los objetivos deseados. También puede aprovecharse la disipación que se produce cuando una onda sonora cambia de medio, de manera que las paredes en forma de "sándwich" (compuestas por varias capas de materiales, incluso aire) suelen ser más eficientes que las de un solo material. En casos extremos deberá recurrirse a las dobles paredes, o lo que se conoce como el principio de la casa dentro de la casa.

En casos especiales la transmisión estructural podrá evitarse mediante la construcción de pisos y techos flotantes, que están unidos a las paredes sólo en unos pocos puntos, y mediante mecanismos diseñados para amortiguar especialmente la transmisión de la onda sonora.


2.2 Tratamiento acústico

El tratamiento acústico necesario para un recinto depende también de la función de dicho recinto. El tratamiento acústico tiene por objetivo general lograr una distribución uniforme del sonido dentro de un recinto. La distribución uniforme refiere tanto a la intensidad como al rango de frecuencias de los sonidos.


2.2.1 Energía

La energía sonora que se produce, por ejemplo, cuando hablamos no es suficiente para llegar a un conjunto de personas, aún ubicadas en nuestras cercanías. Esto es detectable cuando se ingresa a una de las llamadas "cámaras anecoicas" (recintos en los cuales la absorción sonora es máxima y, en consecuencia, la reflexión sonora es mínima).

Las reflexiones del sonido en las superficies delimitantes contribuyen a aumentar la energía sonora que llega a un oyente ubicado dentro de un recinto. Pero dichas reflexiones modifican al mismo tiempo las características cualitativas del sonido.


2.2.2 Timbre

En primer lugar porque los distintos materiales distribuidos por la superficie delimitante en los cuales se produce la reflexión tienen coeficientes de absorción (y, por consiguiente, de reflexión) distintos. Y en segundo lugar porque el coeficiente de absorción de un material es dependiente de la frecuencia, lo que implica que la mera reflexión de una onda sonora sobre un material dado producirá una modificación tímbrica, al afectar las características de frecuencia de ese sonido.


2.2.3 Reverberación

Por otra parte las diferencias temporales (o retardos) con que las distintas reflexiones llegan al oyente -producto de las diferentes distancias que deben recorrer las ondas- provocan otra modificación en las características sonoras a partir de lo que se conoce como reverberación.

Si dos señales (casi) idénticas llegan a nuestro oído con diferencias temporales (retardos) menores al tiempo de integración del oído (50 ms como dato general, pero fuertemente dependiente de las características del sonido), entonces nuestro sistema auditivo no las identificará como dos señales independientes, sino que las integrará en una sola señal. (En caso que el retardo sea mayor que el tiempo de integración del oído se produce lo que conocemos como eco.)

El sonido adquirirá una característica particular, que es lo que definimos como espacialidad. La espacialidad de un sonido permite determinar propiedades del recinto en las cuales se produce el sonido, en particular sus dimensiones. También permite determinar la distancia a la cual se encuentra la fuente sonora.


2.2.4 Tiempo de reverberación

Así como la reverberación modifica ciertas características del sonido (espacialidad), el sonido parece también más "largo". Se define el tiempo de reverberación (T) como el tiempo en que demora un sonido en disminuir 60 dB (o un millón de veces) después de apagada la fuente sonora.

El tiempo de reverberación es directamente proporcional al volumen del recinto e inversamente proporcional a la absorción equivalente, que es la sumatoria del producto de los coeficientes de absorción de cada uno de los materiales que están distribuidos en la sala, por la superficie que ocupa dicho material.


2.2.5 Tiempos óptimos de reverberación

Los tiempos óptimos de reverberación dependen de la función del recinto. Un salón de clase requerirá un tiempo de reverberación corto (por ejemplo, T = 0.7 - 0.8 s), mientras que una sala destinada a la actividad musical requerirá T mayores.

T óptimo dependerá también del género musical. La música de cámara requiere T menores (quizás T = 1.25 - 1.5 s), mientras que la música para orquesta exige T mayores (hasta T = 2.5 s). La música de órgano necesita T mucho mayores (T = 3 - 4 s).

Finalmente diferentes estilos pueden requerir T diferentes. La música de Palestrina necesita T mayores que la de Bach. La música de orquesta de Haydn menos que la de Mahler.

Las cifras indicadas son de referencia y no deben tomarse como valores inmodificables.


2.2.6 Medidas de acondicionamiento

Para el acondicionamiento acústico se cuenta esencialmente con tres tipos distintos de principios.

Los materiales porosos absorben principalmente frecuencias agudas. Las placas vibrantes se diseñan para absorber frecuencias graves. Y los llamados resonadores de Hemlholtz poseen una alta selectividad en la frecuencia que absorben. En general, los materiales diseñados suelen ser una combinación de los principios expuestos anteriormente.

Los difusores son superficies en las que el sonido no se refleja uniformemente con respecto a la dirección en la cual llega el frente de onda. Son útiles para lograr una mejor distribución del sonido en el recinto.

Dado que la relación entre el campo sonoro directo y el difuso determinará psicoacústicamente la distancia a la que percibimos una fuente sonora, suele ser conveniente tomar medidas para incrementar el campo sonoro directo en diferentes ubicaciones del recinto.

El escenario elevado por encima de la platea, o la platea en escalera (como en los teatros griegos antiguos) ayuda a evitar que los espectadores de las primeras filas absorban el sonido directo que debería llegar a los espectadores más atrás de ello.

También sueles aprovecharse las reflexiones en las paredes laterales y en el techo. Para esto último suelen colgarse paneles (llamadas "nubes") que dirigen el sonido directo a las diferentes ubicaciones de espectadores.


3. Acústica y urbanismo

{EN CONSTRUCCIÓN}




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