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Nociones básicas sobre acústica Arquitectónica

El presente documento es un resumen de los principales conceptos que rigen la Acústica Arquitectónica. Esta disciplina estudia los fenómenos vinculados con la propagación adecuada, fiel y funcional del sonido en un recinto, ya sea en una sala de concierto, un estudio de grabación o cualquier espacio de uso humano, tanto en términos de aislamiento como de absorción acústica.

Es claro que en aquellos recintos que requieran rigurosidad en las cualidades acústicas, se deberá tener un mayor control sobre los fenómenos sonoros que se presentan ellos, como ser: las reflexiones tempranas, la reverberación, la existencia o no de ecos, resonancias, etc.

Detallaremos conceptos básicos de acústica para conocer las herramientas que nos permitan analizar el comportamiento o uso de algunos materiales y su disposición en los espacios que diseñamos.

En general el ser humano busca mejorar los niveles de confort acústico en los diversos espacios que utiliza, y de allí la utilidad de tener en cuenta estos conceptos.

Nociones básicas del sonido

El sonido es producido por una serie de variaciones de presión .

Las fluctuaciones en presión atmosférica, debido a la perturbación del aire por la presencia de onda acústica, produce sensaciones en nuestros oídos que reconocemos como sonido.

Decibel

Nuestro oído no responde linealmente, sino que lo hace en forma logarítmica, esto determinó la utilización del decibel (dB) para expresar una relación de magnitudes no lineal.

Grafico decibeles

El nivel sonoro se expresa en dB

La expresión dB seguido de la letra A (dBA) nos indica que se han medido niveles sonoros utilizando un filtro normalizado que nos dará una muestra representativa de cómo responde el oído humano.

Frecuencia

La frecuencia de un sonido corresponde a la cantidad de perturbaciones por segundo o ciclos por segundo, siendo su unidad de medida el Hertz (Hz).

frecuencia

A menor ciclos por segundo los sonidos se definen como de baja frecuencia o sonidos graves, mientras que a mayor cantidad de ciclos por segundo los sonidos son denominados del alta frecuencia o agudos.

La capacidad auditiva humana percibe sonidos emitidos entre 20 Hz (sonidos graves) y 20 000 Hz (sonidos agudos).

El espectro de frecuencias que muestra el gráfico está dado en bandas de octava.

gráfico_frecuencia_02

Nociones básicas de Acústica

Es importante establecer claramente las diferencias entre AISLAMIENTO y ABSORCIÓN

Aislamiento Acústico

aislamiento_acústico

Aislar acústicamente un recinto significa impedir que los sonidos generados dentro del mismo trasciendan hacia el exterior y, recíprocamente, que los ruidos externos se perciban desde su interior.

En general podemos decir que el aislamiento acústico será tanto mayor cuanto mayor sea la masa superficial del cerramiento y cuanto mayor sea la frecuencia del sonido incidente.

El aislamiento acústico que puede proporcionar una pared, una ventana o una puerta, se puede medir a los efectos de obtener el índice de reducción sonora (R), cuyo valor global que caracteriza su comportamiento se expresa en Rw, representando la diferencia entre el nivel del sonido medido en la fuente emisora y el nivel del sonido medido en la habitación receptora.

gráfico_absorción_materiales 

Como la reducción del sonido va asociada, entre otros, a la masa de los elementos que conforman el sistema constructivo, las membranas o films son tejidos ligeros y por tanto menos efectivos que los materiales pesados.

Absorción sonora

gráfico_absorción_sonora

Las superficies de un recinto reflejan sólo parcialmente el sonido que incide sobre ellas; el resto es absorbido y transmitido. Según el tipo de material o recubrimiento de una pared, ésta podrá absorber más o menos el sonido, lo cual lleva a definir el coeficiente de absorción sonora, abreviado con la letra griega 

α (alfa).

El coeficiente de absorción tiene una gran importancia para el comportamiento acústico de un ambiente, y por esa razón se han medido y tabulado los coeficientes de absorción para varios materiales y objetos. En general, los materiales duros, como el hormigón o el mármol, son muy reflectores y por lo tanto poco absorbentes del sonido, y en cambio los materiales blandos y porosos, como la lana de vidrio, son poco reflectores y por consiguiente muy absorbentes.

En la siguiente tabla se dan los valores de α (alfa) para varios materiales tìpicos de construcción, objetos y personas (ya que las personas también absorben el sonido). Los mismos proporcionan para varias frecuencias, ya que el valor α depende de estas.

En general la absorción aumenta con la frecuencia, debido a que para frecuencias altas la longitud de onda es pequeña y entonces las irregularidades de la superficie o el propio espesor del material son más comparables con la longitud de onda.

absorción_sonora_materiales

Coeficiente de absorción  0 < αw < 1

solución absorbente      ► elevado valor αw  (cercano a 1)   coeficiente_absorción

solución no absorbente (reflejante)    ► bajo valor αw (cercano a 0)  coeficiente_absorción_02

Tiempo de reverberación 

Cuando la fuente sonora está rodeada por varias superficies (piso, paredes, techo) un oyente recibirá el sonido directo, y además el sonido reflejado de las superficies mencionadas.

gráfico_tiempo de reverberación

Después del período de las primeras reflexiones, comienzan a aparecer las reflexiones de las reflexiones, y las reflexiones de las reflexiones de las reflexiones, y así sucesivamente, dando origen a una situación muy compleja en la cual las reflexiones se densifican cada vez más. Esta permanencia del sonido aún después de interrumpida la fuente se denomina reverberación.

En cada reflexión, una parte del sonido es absorbido por las superficies, y otra parte es reflejada. La parte absorbida puede transformarse en minúsculas cantidades de calor, o propagarse a otra habitación vecina, o ambas cosas. La parte reflejada viajará dentro del recinto hasta encontrarse con otra superficie, en la cual nuevamente una parte se absorberá y otra parte se reflejará. El proceso continúa así hasta que la mayor parte del sonido sea absorbido, y el sonido reflejado sea ya demasiado débil para ser audible.

gráfico_tiempo de reverberación

Para medir cuánto demora este proceso de extinción del sonido se introduce el concepto de tiempo de reverberación, T60, definido como el tiempo que demora el sonido en bajar 60dB por debajo de su nivel inicial.

El tiempo de reverberación depende de cuán absorbentes sean las superfcies. Así, si las paredes son muy reflectoras, se necesitarán muchas reflexiones para que se extinga el sonido, y entonces T60 será grande. Si, en cambio son muy absorbentes, en cada reflexión se absorberá una proporción muy alta del sonido, por lo tanto en unas pocas reflexiones el sonido será prácticamente inaudible, por lo cual T60 será pequeño.

Dado que los materiales duros, como el hormigón, el mármol, cerámicas, son poco absorbentes del sonido, un recinto con estos revestimientos tendrá tiempos de reverberación largos, y una sala cubierta con materiales absorbentes como cortinados, alfombras, etc., por el contrario, tendrá un tiempo de reverberación corto.

La propiedad anterior se puede expresar por medio de una fórmula, denominada fórmula de Sabine, en honor al físico norteamericano que la obtuvo a principios de este siglo. Según dicha fórmula el tiempo de reverberación T60 puede calcularse como:

fórmula_sabine

donde V es el volumen de la habitación en m3, S es el área de su superficie interior total en m2, y α es el coeficiente de absorción sonora, ya definido como la fracción de la energía sonora incidente que es absorbida por las superficies de la habitación. 

Influencia del material absorbente en el tiempo de reverberación (T60)

 sala_tiempos de reverberación

niveles de reverberación

Local sin absorbente                                      Local sin absorbente

► Fuerte reverberación                               ► Débil reverberación 

► TR elevado                                                     ► TR bajo

 

Materiales Absorbentes

Los materiales de construcción y los revestimientos tienen propiedades absorbentes muy variables. A menudo es necesario, tanto en salas de espectáculos como en estudios de grabación y monitoreo realizar tratamientos específicos para optimizar las condiciones acústicas. Ello se logra con materiales absorbentes acústicos, es decir materiales especificamente formulados para tener una elevada absorción sonora. En locales de uso con concurrencia de gente, el uso de materiales fonoabsorbentes mejora ampliamente el confort acústico de estos espacios.

Existen varios tipos de materiales para ser utilizados en absorción acústica. El más económico es la lana de vidrio, que se presenta en dos formas: como fieltro, y como panel rígido, con una amplia gama de espesores y densidades que permiten una elección de acuerdo a cada necesidad.

Tratamiento Acústico

La disposición de elementos blandos que permitan absorción acústica se pueden disponer desde resoluciones básicas de cielorrasos o paneles verticales, elementos suspendidos (horizontales o verticales), membranas tensadas, particiones ligeras, deflectores, etc.