viernes, 8 de enero de 2010

La Acústica Arquitectónica

La Acústica Arquitectónica

La Acústica Arquitectónica

Definiciones:

• Acústica.- parte de la física que trata de la formación y de la propagación de los sonidos.

• Sonido.- sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitido por un medio elástico, como el aire.

Hay dos conceptos fundamentales en la naturaleza de un sonido:
• Frecuencia (f).- es el número de vibraciones que un cuerpo oscilante lleva a cabo en un segundo.

• Período (T).- tiempo empleado por un cuerpo para completar una vibración.

• La unidad de frecuencia es el (Hz) hertzio, que corresponde a la frecuencia de una vibración por segundo.

Propiedades fundamentales del sonido:

• Junto a estas dos magnitudes (frecuencia e intensidad), la naturaleza de un sonido queda perfectamente caracterizada mediante la determinación de sus tres propiedades fundamentales:

• El tono.- cualidad del sonido que queda determinada por la frecuencia del mismo. Sonido alto (agudo) y sonido bajo (grave).

• Intensidad ( I ).- es la cualidad sonora que permite diferenciar los sonidos fuerte y los débiles. Se define como energía media que atraviesa la unidad de superficie dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación de la perturbación, en la unidad de tiempo.

• Timbre.- modo característico de sonar un instrumento musical o la voz de una persona. El timbre de un sonido depende del número e intensidad de los armónicos que acompañan a un sonido fundamental; así como de las características del foco emisor del sonido.

Acústica arquitectónica

Generalidades:

• Análisis de los aspectos formales y constructivos de la arquitectura.
• Selección de los diversos materiales utilizados en la construcción y revestimiento de edificios.

La acústica se aplica:

• En cierto tipo de edificios como: Teatros y Auditorios, que por su naturaleza deberán estudiarse exhaustivamente.
• El aislamiento en locales en los que la intensidad sonora es superior a lo normal.
• La velocidad del sonido en el aire aproximadamente es de 340 m/seg.
• Para evitar el fenómeno de reverberación en las salas o recintos sonoros, se pueden utilizar cortinas en las paredes o cualquier material capaz de absorber el sonido e impedir que sea reflejado

Datos históricos:

• Los escritos más antiguos que se conocen sobre acústica arquitectónica datan del siglo I adC, más concretamente, el año 25 adC y se deben a Marco Vitrubio Polio, ingeniero militar de Julio Cesar.
• En estos escritos describen varios diseños para mejorar la acústica de los antiguos teatros romanos.
• Hasta el siglo XIX el diseño acústico era puramente práctico y consistía, principalmente, en imitar disposiciones de salas existentes en las que la música sonaba bien.

• Wallace Clement Sabine, físico norteamericano que a finales del siglo XIX hace la propuesta de la acústica moderna.
• Wallace Clement Sabine
• Físico estadounidense, 1868-1919
• En 1895 se le encomendó el arreglo del Museo de arte Fogg, recién inaugurado en la universidad de Harvard, dónde los miembros del consejo se percataron que las palabras de los oradores resultaban ininteligibles.

• Sabine llegó a la conclusión, que el problema residía en la excesiva reverberación de la sala. Para reducirla, cubrió las paredes con fieltro que es un absorbente acústico. Aunque no fue una solución ideal, la acústica mejoró y pudo utilizarse la sala.

• Tras el logro se le encomendó la asesoría de la construcción del Boston Symphony Hall, donde aplicó su fórmula del tiempo de la reverberación, surgida de las investigaciones hechas en el transcurso de construcción de dicha sala.

• Para 1900 cuando se inauguró la sala, Sabine se llevó una decepción, porque la fórmula aplicada no resultó lo que esperaba, la realidad era otra de lo visto teóricamente; este fracaso fue muy criticado por los medios de comunicación y por otros expertos en la materia, situación que lo llevó a retirarse de la investigación , recluyéndose en sus clases universitarias; situación que permaneció hasta su muerte en 1919.
• Pero posteriormente se le reconocería y se le pondría en el lugar que le correspondía en la historia.

Acústica en espacios abiertos

Esquema de teatro griego

• En los espacios abiertos el fenómeno preponderante es la difusión del sonido. Las ondas sonoras son ondas tridimensionales, es decir, se propagan en tres dimensiones y sus frentes de ondas son esferas radiales que salen de la fuente de perturbación en todas las direcciones.

• La acústica habrá de tener esto en cuenta, para mejorar el acondicionamiento de los enclaves de los escenarios para aprovechar al máximo sus posibilidades y mirar como redirigir el sonido, focalizándolo en el lugar donde se ubique a los espectadores.

Los griegos

• Construyeron sus teatros, aprovechando las gradas en donde se ubicaban los espectadores (gradas escalonadas con paredes verticales) que actuaban como reflectores, logrando así que el sonido reflejado reforzase el directo, de modo que llegaban a cuadruplicar la sonoridad del espacio que quedaba protegido por las gradas.

• El tamaño de los teatros griegos, alguno de los cuales, gracias a sus propiedades acústicas, llegó a tener capacidad para 15.000 espectadores, no ha sido igualado.

Los romanos

• Los romanos utilizaron una técnica parecida, no obstante, la pared de las gradas no era plana, sino curva, lo que permitía que se perdiese menor cantidad de sonido y lo focalizaban mejor hacia un mismo punto.

• Sin embargo los más grandes entre los romanos solamente tenían capacidad para unos 5.000 espectadores.

• La pérdida de las condiciones se debió en gran parte a que la orquesta, que en el teatro griego servía para reflejar el sonido, en Roma fue el lugar que ocupaban los senadores y otros cargos, con lo que empeoraron las condiciones.

En la actualidad

• Actualmente, se aprovechan los conocimientos que la cultura clásica nos ha legado y los recintos abiertos, se construyen con paredes curvas abombadas en forma de concha o caparazón.
• Los materiales utilizados tienen propiedades reflectoras para facilitar el encaminamiento del sonido hacia donde se ubican los espectadores.
• El problema es que no hay una respuesta en frecuencia, ésta no es uniforme y los graves llegan con mayor dificultad hasta el auditorio que los agudos.

Acústica en espacios cerrados

• En los espacios cerrados, el fenómeno preponderante que se ha de tener en cuenta es la reflexión. Al público le va a llegar tanto el sonido directo como el reflejado, que si van en diferentes fases pueden producir refuerzos y en caso extremos falta de sonido.
• A la hora de acondicionar un local, se ha de tener en cuenta también, que no entre el sonido del exterior (aislamiento acústico).
• Además, en el interior se ha de lograr la calidad óptima del sonido,
• controlando la reverberación y el tiempo de reverberación, a través, de la colocación de materiales absorbentes y reflectores acústicos.

Conceptos generales:

• Absorbentes acústicos
• Aislantes acústicos
• Decibelio
• Difracción (sonido)
• Frecuencia
• Insonorización

Absorbente acústico

• Son materiales utilizados en el acondicionamiento acústico de los recintos, por su capacidad de absorber la mayor parte de la energía que reciben.

• Por tanto, al reflejar un porcentaje muy pequeño del sonido incidente, se evitan reflexiones indeseadas, que pueden perjudicar la acústica del local, al introducir distorsiones.

• En el campo profesional, la capacidad de absorción de estos materiales habrá sido calculada en laboratorios y en las especificaciones técnicas de cada material, vendrá dado su coeficiente de absorción y la frecuencia crítica para cada espesor determinado.

Tipos de materiales en cuanto a su absorción:

• Materiales resonantes, que presentan la máxima absorción a una frecuencia determinada: la propia frecuencia del material.
• Materiales porosos, que absorben más sonido a medida de que aumenta la frecuencia. Es decir, absorben con mayor eficacia las altas frecuencias (los agudos). Cuanto más poroso es el material, mayor es la absorción. Los materiales porosos más comunes son las lanas minerales (de roca y de vidrio).

• Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas frecuencias (los graves), que las altas.

• Absorbente Helmholtz. Es un tipo de absorbente creado artificialmente que elimina (absorbe) específicamente un determinado margen de frecuencias.

Aislamiento-acústico

El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio.

• Aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio, o que salga de él.
• para aislar, se usan tanto materiales absorbentes, como materiales aislantes.
• Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado.
• El aislamiento que ofrece el elemento es la diferencia entre la energía incidente y la energía trasmitida, es decir, equivale a la suma de la parte reflejada y la parte absorbida.

Factores básicos que intervienen en la consecución de un buen aislamiento acústico:

• Factor masa. El aislamiento acústico se consigue principalmente por la masa de los elementos constructivos: a mayor masa, mayor resistencia opone al choque de la onda sonora y mayor es la atenuación.

• Factor multicapa. Cuando se trata de elementos constructivos constituidos por varias capas, una disposición adecuada de ellas puede mejorar el aislamiento acústico hasta niveles superiores a los que la suma del aislamiento individual de cada capa, pudiera alcanzar.

• Factor de disipación. También mejora el aislamiento si se dispone entre las dos capas un material absorbente. Estos materiales suelen ser de poca densidad y con gran cantidad de poros y se colocan normalmente porque además suelen ser también buenos aislantes térmicos.

Decibelio:

• Se denomina decibelio a la unidad relativa empleada en Acústica para expresar la relación entre dos magnitudes acústicas , o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.

• Símbolo, dB

• Se ha tomado como convención, un umbral de audición de 0 dB que equivale a un sonido con una presión de 20 micro pascales, algo así como 5.000.000.000 veces menos que la presión atmosférica normal.

• El umbral de dolor es alrededor de los 140 dB.

• El decibelio es la principal unidad de medida utilizada para el nivel de potencia o nivel de intensidad del sonido. En esta aplicación la escala termina hacia los 140 dB.

Difracción (sonido):

• La difracción es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido.
• Hablamos de difracción cuando el sonido en lugar de seguir en la dirección normal, se dispersa.
• Cuando la onda incide sobre una abertura o un obstáculo que impide su propagación, todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas.

La difracción se puede producir por dos motivos diferentes:

• porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las bajas frecuencias son más capaces de rodear los obstáculos que las altas. Esto es posible porque las longitudes de onda en el espectro audible están entre 3 cm y 12 m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de los obstáculos que encuentran.

• porque una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo atraviesa.

Frecuencia

• Es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo.

• Para calcular la frecuencia de un evento, se contabilizan un número de ocurrencias de este, teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen en el tiempo transcurrido.
• El resultado se mide en hertzio (Hz).
• La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda, a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.

Insonorización:

• Insonorizar un recinto supone aislarlo acústicamente del exterior, lo que implica una doble dirección:

• Evitar que el sonido que producimos salga al exterior (evitar la contaminación acústica)
• Evitar que el ruido exterior penetre y distorsione el sonido de la sala.

A la hora de insonorizar, hay que diferenciar entre aislamiento acústico y acondicionamiento acústico, para utilizar los materiales y técnicas adecuados en cada caso:
• El aislamiento acústico permite proporcionar una protección al recinto contra la penetración del ruido.
• El acondicionamiento acústico lo que pretende es mejorar las condiciones acústicas del recinto, aplicando parámetros como la naturaleza y número de las reflexiones sonoras, resonancias modales, el tiempo de reverberación, etc.


Por iiarquitectos

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