MODELOS A ESCALA EN ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA: …

MODELOS A ESCALA EN ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA: AUDITORIO SAN FRANCISCO DE ASÍS DE LA UNIVERSIDAD DE SAN

BUENAVENTURA

FRANCISCO PEREIRA PARDO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE SONIDO

BOGOTÁ D.C. 2006

MODELOS A ESCALA EN ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA: AUDITORIO SAN FRANCISCO DE ASÍS DE LA UNIVERSIDAD DE SAN

BUENAVENTURA

FRANCISCO PEREIRA PARDO

Tesis

Ing. Acústico Pedro R. Valletta Director Temático

Ing. Alexandra Reyeros Navarro Asesora Metodológica

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERÍA DE SONIDO BOGOTÁ D.C.

2006

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 1

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3

1.1 ANTECEDENTES 3

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 3

1.3 JUSTIFICACIÓN 4

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 5

1.4.1 Objetivo General 5

1.4.2 Objetivos Específicos 5

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 5

1.5.1 Alcances 5

1.5.2 Limitaciones 6

2. MARCO DE REFERENCIAS 7

2.1 MARCO CONCEPTUAL 7

2.1.1 Un modelo físico a escala 7

2.1.2 Escalamiento de frecuencias 7

2.1.3 Simulación de la fuente sonora 8

2.1.4 Parámetros a evaluar y comparar 9

2.2 MARCO NORMATIVO 10

2.2.1 Resumen de ISO 3382:1997 11

2.2.1.1 ALCANCES 11

2.2.1.2 NORMATIVAS DE REFERENCIA 11

2.2.1.3 DEFINICIONES 12

2.2.1.4 CONDICIONES DE MEDICIÓN 13

2.2.1.5 PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN 15

2.2.1.6 EVALUACIÓN DE LAS CURVAS DE DECAIMIENTO 17

2.2.1.7 PROMEDIACIÓN ESPACIAL 18

2.2.1.8 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS 19

2.3 MARCO TEÓRICO 20

2.3.1 Introducción a los modelos a escala en

acústica arquitectónica 20

2.3.2 Breve historia del modelamiento a escala

en la acústica arquitectónica 22

2.3.3 Modelamiento en la acústica de recintos 23

2.3.3.1 Desarrollo de las herramientas de diseño.

Modelos físicos 23

2.3.3.2 Desarrollo de las herramientas de diseño.

Modelos acústicos a escala 26

2.3.4 Procedimientos generales de modelamiento 30

2.3.5 La absorción del aire 31

2.3.6 Selección de materiales 31

2.3.7 Procedimiento para el modelado de espacios

interiores 33

2.3.8 Ejemplos de modelos a escala en acústica

arquitectónica 34

2.3.8.1 El “Royal Festival Hall” 35

2.3.8.2 El “Queen Elizabeth Theatre” 37

2.3.8.3 El “Tsuyama City Music Hall” 39

2.3.8.4 El “Teatro degli Arcimboldi” 41

2.3.8.5 El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.” 44

3. METODOLOGÍA 49

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 49

3.2 HIPÓTESIS 49

3.3 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB-LÍNEA DE

FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA 49

3.4 VARIABLES 50

3.4.1 Variables Independientes 50

3.4.2 Variables Dependientes 50

4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 51

4.1 EL “AUDITORIO SAN FRANCISCO DE ASÍS” 51

4.2 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO A ESCALA 54

4.3 MEDICIONES ACÚSTICAS 57

4.3.1 Instrumentación dentro del auditorio 57

4.3.2 Instrumentación dentro del modelo a escala 58

4.3.3 Procedimiento de medición 59

5. DESARROLLO IGENIERIL 64

6. CONCLUSIONES 72

7. RECOMENDACIONES 74

BIBLIOGRAFÍA 75

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Comparación de frecuencias entre un recinto a

escala real y escala reducida a 1:16. 8

Tabla 2. Algunas de las características y/o propiedades

de los modelos físicos. 25

Tabla 3. Algunas de las características y/o propiedades

de los modelos acústicos a escala. 29

Tabla 4. Comparación entre cuatro diferentes tipos de

materiales para la construcción de modelos a escala. 32

Tabla 5. Coeficientes de absorción de diferentes tipos de

materiales usados en el interior de los modelos a escala. 33

Tabla 6. Aspectos importantes del “Auditorio SFdeA”. 52

Tabla 7. Materiales empleados en la construcción del modelo. 55

Tabla 8. T10 promediado en las siete posiciones y comparación

entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo. 66





Tabla 11. EDT promediado en las siete posiciones y comparación


Tabla 12. C80 promediado en las siete posiciones y comparación


Tabla 13. D50 promediado en las siete posiciones y comparación


LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Fotografía Schlieren mostrando las reflexiones de

los frentes de onda del ultrasonido en un modelo seccional

bidimensional del Gewandhaussaal en Leipzig. 23

Figura 2. Investigación con rayos de luz, de las reflexiones

en un modelo seccional del Okuma Memorial Auditórium. 24

Figura 3. Vista del modelo a escala 1:10 del Major Hall para

la Sydney Opera House (no el diseño final, sino el último

diseño de Utzon alrededor de 1966). 27

Figura 4. ‘Dummy head’ con dos micrófonos a escala 1:20

utilizada para el rediseño de la Semper Opera en Dresden. 27

Figura 5. El “Royal Festival Hall”. Vista desde el escenario. 35

Figura 6. Modelo acústico a escala 1:20 del “Royal Festival Hall”.

Vista desde la audiencia hacia el escenario. 35


Vista desde la audiencia hacia los palcos de un costado y el escenario. 36


Vista hacia los palcos de un costado. 36


Debido a su tamaño se compone de tres partes. 37

Figura 10. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde un costado. 37

Figura 11. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde el escenario. 38

Figura 12. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde un balcón. 38

Figura 13. Modelo acústico a escala 1:50 del “Queen Elizabeth

Theatre”. 39

Figura 14. El “Tsuyama City Music Hall”. Vista aérea desde el

escenario. 39

Figura 15. Modelo acústico a escala 1:10 del “Tsuyama City Music

Hall”. Vista desde la audiencia hacia el escenario. 40

Figura 16. Modelo acústico a escala 1:10 del “Tsuyama City Music

Hall”. Vista desde el escenario. 40

Figura 17. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el escenario. 41

Figura 18. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista hacia el costado

izquierdo y los balcones. 41

Figura 19. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el primer

balcón hacia el costado derecho. 42

Figura 20. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el segundo

balcón hacia el escenario y el costado izquierdo. 42

Figura 21. Modelo acústico a escala 1:16 del “Teatro degli

Arcimboldi”. Vista del modelo a escala siendo construido. 43


Arcimboldi”. Vista hacia los paneles del costado izquierdo. 43


Arcimboldi”. Vista hacia la audiencia. 44


Arcimboldi”. Modelo de la audiencia y vista desde el escenario

hacia el costado derecho. 44

Figura 25. El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”. Vista hacia

el costado izquierdo. 45

Figura 26. El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”. Vista hacia

el costado derecho. 45

Figura 27. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio Fray Juan

de J. Anaya P.”.Vista hacia la audiencia del costado izquierdo. 46


de J. Anaya P.”. Vista hacia la audiencia del costado derecho. 46


de J. Anaya P.”. Acercamiento a los asientos. 47


de J. Anaya P.”. Vista para apreciar el detalle del techo. 47


de J. Anaya P.”. Vista desde la parte derecha del escenario. 48


de J. Anaya P.”. Vista aérea. 48

Figura 33. El “Auditorio SFdeA”. Vista desde el escenario. 51

Figura 34. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia el escenario. 51

Figura 35. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia el escenario desde

un costado. 52

Figura 36. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia la primera fila de

asientos. 52

Figura 37. Croquis del “Auditorio SFdeA”. Vistas de corte y planta. 53

Figura 38. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio SFdeA”.

Vista hacia el escenario y vista aérea. 55


Vista de los asientos y vista hacia el escenario mostrando paneles

del techo. 55


Vista mostrando los paneles del techo anteriores y posteriores. 56


Vista hacia la audiencia y hacia el escenario. 56


Acercamiento a los paneles del techo anteriores y posteriores. 56

Figura 43. Equipo utilizado en las mediciones dentro del auditorio. 58

Figura 44. Equipo utilizado en las mediciones dentro del modelo a

escala. 59

Figura 45. Mapeo de 16 puntos de mic sobre el área de la audiencia. 60

Figura 46. Ejemplo del posicionamiento del micrófono en cada

punto de medición en el área de la audiencia. 60

Figura 47. Ejemplo de cómo se realizaron las mediciones. 61

Figura 48. Excitación de la sala y captura de la señal utilizando

el Dirac. 62

Figura 49. Respuesta al impulso utilizando el Dirac. 62

Figura 50. Escalamiento de la respuesta al impulso utilizando

el Dirac. 63

Figura 51. Obtención del Coeficiente de Correlación. 65

Figura 52. Obtención de la Prueba F. 65

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. T10 promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo. 66



Gráfica 4. EDT promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo. 69

Gráfica 5. C80 promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo. 70

Gráfica 6. D50 promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo. 71

INTRODUCCIÓN

“La más nostálgica y romántica práctica en la acústica arquitectónica tiene

que ser la construcción de modelos acústicos a escala. Estos modelos

(usualmente de salas de concierto) eran lo suficientemente grandes

como para caminar dentro de ellos, y muchos eran tan exactamente

detallados que nos daban la sensación de Gulliver en Lilliput.”1

Ya es un hecho que la simulación acústica de recintos es de verdadera

importancia a la hora de diseñar y evaluar diferentes tipos de salas. Antes de la

costosa construcción de un nuevo auditorio o sala de conciertos, puede ser

económicamente ventajosa la simulación acústica del nuevo diseño en un modelo

a escala reducida. Esta técnica de modelamiento nos permite investigar, entre

otras cosas, los diferentes parámetros acústicos que se deseen analizar para la

evaluación del diseño acústico de la sala o auditorio a construir. A su vez, las

mediciones acústicas en estos modelos ofrecen un método eficiente para

determinar las propiedades acústicas de espacios cerrados.

Este proyecto de investigación pretende hacer una comparación entre seis

diferentes parámetros acústicos propios de un recinto (EDT, C80, D50, T10, T20 y

T30) por medio de las mediciones necesarias realizadas en un modelo a escala

1:16 y aquellas de la sala real. El recinto escogido para este propósito fue el

“Auditorio San Francisco de Asís” de la Universidad de San Buenaventura ubicada

en la ciudad de Bogotá, Colombia.

1 Mooney, Jon W. Practical Architectural Acoustics Notebook. Pág 79. www.jwmooney.com/pubs.htm.

1

Con esto se busca implementar la utilización de modelos a escala en la simulación

acústica para el diseño de salas que permita la predicción de las condiciones y

parámetros acústicos del modelo real una vez construido.

El programa utilizado para la obtención de resultados es el Dirac v2.0 el cual nos

proporciona información inmediata acerca de los parámetros acústicos a

comparar. El Dirac es un calculador de acústica de salas de entrada dual. Con el

Dirac, los parámetros acústicos son determinados de acuerdo a los estándares de

las normas internacionales ISO 3382 y IEC 60268-16.

2

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

La simulación de recintos por medio de los modelos a escala es una de las formas

de predicción acústica de mayor antigüedad debido a la falta de tecnología

necesaria (computadores y por ende el software) para llevar acabo dicha práctica

cuando nos remontamos a esos tiempos. A pesar de los grandes avances en la

informática y la vertiginosa evolución de los equipos de cómputo para la

simulación y análisis acústico de recintos, todavía se siguen usando los modelos a

escala; aunque en una menor cantidad, para su posterior análisis y predicción

acústica de espacios arquitectónicos.

La utilización de estos modelos de forma educativa ha sido tal vez el mayor

manejo que se le ha dado a esta forma de simulación acústica de recintos.

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

El problema radica básicamente en la falta de un adecuado material de apoyo y

consulta sobre la utilización de modelos a escala en la predicción y simulación de

la acústica de recintos dentro de la Universidad de San Buenaventura.

La Universidad de San Buenaventura ya cuenta con un nuevo auditorio para la

realización de conferencias, eventos musicales y teatrales, exposiciones y

seminarios, entre otras actividades. Con esta investigación se pretende realizar un

modelo a escala de dicho auditorio para comparar las mediciones de parámetros

acústicos realizadas “in situ” (valores reales de la sala) con aquellos medidos en el

modelo a escala (simulación), y así exponer un método de predicción acústica

3

que se utilizó por mucho tiempo en el pasado y que hoy sigue vigente en la rama

de la acústica arquitectónica.

1.3 JUSTIFICACIÓN

Los modelos a escala para la simulación y evaluación acústica de recintos son de

gran importancia a la hora de diseñar, por ejemplo un auditorio, debido a que son

una técnica relativamente menos costosa, más rápida y significativamente

eficiente.

Con este proyecto se intenta hacer un paralelo entre la simulación y la realidad de

la acústica de salas por medio de un modelo a escala del “Auditorio San Francisco

de Asís” con el fin de obtener un compendio de bases y pasos para la

experimentación, estudio y simulación en acústica arquitectónica mediante el uso

de modelos a escala y su implementación en la realización de proyectos de

acústica de salas.

Este proyecto intenta rescatar, de manera experimental y práctica, el uso de los

modelos a escala para la evaluación del diseño acústico de recintos antes de ser

construidos. Con esta investigación no se pretende crear un compendio de pasos

para la implementación de modelos a escala en la acústica arquitectónica, sino la

creación de un modelo experimental de forma comparativa entre la simulación y la

realidad del comportamiento acústico de recintos.

La utilización de modelos a escala para el diseño y evaluación de salas es un arte

casi olvidado. Existe muy poca bibliografía específica sobre el tema. Este trabajo

de investigación aportará de manera muy significativa, las bases necesarias para

el seguimiento de esta técnica, y la realización de modelos a escala para la

predicción y simulación acústica de recintos.

4

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo General

Validar la utilización de modelos a escala en la simulación y predicción acústica de

recintos por medio de comparaciones entre un diseño real ya construido y el

modelamiento de éste a escala 1:16.

1.4.2 Objetivos Específicos

Reconocer las condiciones físicas y acústicas del auditorio.

Realizar el levantamiento de planos para satisfacer las necesidades expuestas.

Realizar mediciones acústicas dentro del auditorio para lograr el objetivo

principal del proyecto.

Construcción del modelo a escala.

Realizar mediciones acústicas dentro del modelo a escala.

Realizar una comparación de veracidad entre la acústica del auditorio y la del

modelo a escala.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.5.1 Alcances

Mediante este proyecto se busca realizar la construcción de un modelo a escala

del “Auditorio San Francisco de Asís” para complementar los estudios sobre

acústica arquitectónica haciendo un análisis de “simulación vs. realidad”. El uso de

este tipo de modelos permite adecuar los elementos constructivos con base en los

resultados de la predicción.

5

El resultado final es un modelo a escala del “Auditorio San Francisco de Asís” para

ser utilizado de forma experimental en la comparación de parámetros acústicos

propios de un recinto con aquellos del modelo, y un adecuado material de apoyo

para la universidad. El modelo a escala 1:16 del “Auditorio San Francisco de Asís”,

quedará a disposición de la Universidad de San Buenaventura sede Bogotá,

Colombia.

1.5.2 Limitaciones

Desde el punto de vista constructivo no hubo mayores limitaciones. Cabe

mencionar la falta de apoyo por parte del área de recursos físicos de la

Universidad de San Buenaventura en el momento de facilitar los planos

arquitectónicos del auditorio, esto incluye la prontitud de entrega y veracidad de

los mismos (no eran lo planos originales del auditorio). Esto afectó de manera muy

significativa la realización del proyecto.

Desde el punto de vista instrumental, la principal limitación consiste en la calidad

de los equipos utilizados en las mediciones dentro del modelo a escala.

Por último, una limitación importante que no se relaciona directamente con la

realización del proyecto, sino con la sustentación y exposición del mismo, es el

tamaño del modelo a escala terminado. Debido a que se construyó a escala 1:16

por razones técnicas, el tamaño del modelo es bastante grande y presenta

problemas para su traslado.

6

2. MARCO DE REFERENCIAS

2.1 MARCO CONCEPTUAL

2.1.1 Un modelo físico a escala

En acústica arquitectónica, un modelo físico a escala puede ser evaluado rápida y

fácilmente. Las opciones para resolver problemas acústicos pueden ser aplicadas

con facilidad. Por ejemplo, al aumentar la distancia entre los paneles de techo y

éste, el incremento de la energía debido a las reflexiones tempranas puede ser

rápidamente determinado. Por otra parte, las líneas de visión pueden ser

inmediatamente comprobadas. Aunque no tiene que ver con la acústica, cabe

señalar que los modelos a escala pueden ser usados para evaluar las diferentes

alternativas de iluminación que podrían aplicarse al diseño de una sala de

conciertos.

2.1.2 Escalamiento de frecuencias

Las frecuencias son escaladas “directamente” con la escala del modelo. Por lo

tanto si la frecuencia a evaluar en el recinto real es 5KHz, entonces en un modelo

a escala 1:25 de ese recinto, dicha frecuencia estaría dada por 125KHz.

La velocidad del sonido es de aproximadamente 340 metros por segundo. Si lo

que se busca es un modelo a escala 1:16, entonces la aparente velocidad del

sonido dentro del modelo debería ser un dieciseisavo de la velocidad actual o lo

que corresponde a 21,25m/s. Como es imposible reducir la velocidad del sonido

1/16 veces lo normal, los más práctico y lógico sería realizar las mediciones

dieciséis veces más rápido de lo actual. Este proceso conlleva a un cambio en el

comportamiento de las frecuencias.

7

Para entender mejor el procedimiento de escalamiento de frecuencias, es

necesario conocer como funciona el escalado de longitudes. A una escala 1:16,

1m en el recinto actual equivaldría a 0,0625m en el modelo, esto es, (1m)/16. El

escalamiento de frecuencias posee las mismas propiedades si lo que

manipulamos es su longitud de onda.

Dada una frecuencia determinada, por ejemplo 125Hz, sabemos que su longitud

de onda es de 2,72m. Para representar dicha frecuencia en una escala 1:16

necesitaremos que su longitud de onda sea de 0,17m, esto es (2,72m)/16, o sea

2000Hz. Para hacerlo más sencillo, no es necesario saber la longitud de onda de

las frecuencias a escalar, solo se requiere multiplicar la frecuencia por el tamaño a

reducir. Si se desea escalar 125Hz a 1:16, entonces, (125Hz) * 16 = 2KHz.

Tabla 1. Comparación de frecuencias entre un recinto a escala real y escala reducida a 1:16.

ESCALA REAL ESCALA 1:16

31.5Hz 500Hz

63Hz 1000Hz

125Hz 2000Hz

250Hz 4000Hz

500Hz 8000Hz

1000Hz 16000Hz

2.1.3 Simulación de la fuente sonora

Existen dos formas de fuentes sonoras que son usadas en los modelos a escala,

los parlantes en miniatura y una fuente de chispa eléctrica.

8

2.1.4 Parámetros a evaluar y comparar

El Dirac nos proporciona una serie de parámetros acústicos para evaluar las

prestaciones del recinto simulado. Dichos parámetros a evaluar en el recinto

actual y el modelo a escala son los siguientes:

El EDT (Early Decay Time) [seg]: Es el valor del tiempo de reverberación

extrapolado por la sección de decaimiento de la señal de 0dB a -10dB por

debajo del nivel inicial. Es el tiempo que le toma al sonido en decaer 10dB

después de apagada la fuente. De la pendiente correspondiente, el EDT es

calculado como el tiempo que demora en llegar a los -60dB.2 El Early Decay

Time, o EDT afecta principalmente el soporte que da el recinto a la voz y añade

definición a los tonos altos de la música.

El T10 [seg]: Se deriva de la sección de la curva de decaimiento de la señal

entre -5dB y -15dB por debajo del nivel inicial. De la pendiente correspondiente,

T10 es calculado como el tiempo que demora en llagar a los -60dB.3



T20 es calculado como el tiempo que demora en llegar a los -60dB.4



T30 es calculado como el tiempo que demora en llegar a los -60dB.5

2 ACOUSTICS ENGINEERING. Dirac v2.0 “Dual Input Room Acoustics Calculator”. Manual del usuario. 2001. Pág 14. 3 Ibíd. 4 Ibíd. Pág 15. 5 Ibíd.

9

Claridad (C80) [dB]: La claridad C80es la proporción, expresada en dB, entre la

“energía temprana”, que se recibe en los primeros 80ms, y la “energía tardía”,

que se recibe después de este período de tiempo.6 Mientras más alto éste

valor, la impresión sonora es más clara, debido a que es difícilmente perturbada

por el sonido difuso tardío.

( )( )∫

∫∞=

ms

ms

dttp

dttpC

80

2

80

0

2

80 log10

Definición (D50) [-]: La definición D50 o “Deutlichkeit”, es la relación entre la

energía temprana; en los primeros 50ms, y la energía total. Los valores de D50

tienen un rango que va de 0 a 1.7 Mientras más alto éste valor, más

distintivamente la señal sonora es sentida. Se refiere al grado en el cual los

sonidos individuales en una presentación musical pueden ser diferenciados los

unos de los otros.

( )

( )∫

∫∞=

0

2

50

0

2

50

dttp

dttpD

2.2 MARCO NORMATIVO

Las mediciones llevadas a cabo dentro del recinto para la obtención de los

parámetros acústicos necesarios para la ejecución de este proyecto se realizaron

bajo la normatividad técnica del estándar internacional “ISO 3382:1997, Acústica –

Medición del tiempo de reverberación de salas con referencia a otros parámetros

acústicos” (ISO 3382:1997, Acoustics – Measurements of the reverberation time of

rooms with reference to other acoustical parameters). Este estándar nos da las 6 Ibíd. Pág 18. 7 Ibíd.

10

pautas a seguir al momento de realizar mediciones acústicas con la obtención de

la respuesta al impulso de recintos cerrados. Este estándar también se debe tomar

en cuenta a la hora de medir y evaluar otros parámetros acústicos propios de las

salas, así no se contemplen en este trabajo de investigación.

2.2.1 Resumen de ISO 3382:19978

2.2.1.1 ALCANCES

DESCRIBE:

a) Procedimiento de medición.

b) El equipamiento requerido.

c) La cobertura requerida.

d) Método de evaluar los datos.

e) Formato de presentación de resultados.

SE ORIENTA A:

a) La aplicación de técnicas de medición digitales.

b) La obtención de parámetros acústicos derivados de las respuestas impulso.

2.2.1.2 NORMATIVAS DE REFERENCIA

ISO 3741:1988, Acoustics – Determination of sound power levels of noise

sources – Precision methods for broadband sources in reverberation room.

ISO 5725-2:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods

and results – Part 2: Basic method for the determination of repeatability and

reproducibility of a standard measurement method.

IEC 268-1:1985, Sound system equipment – Part 1: General.

IEC 651:1979, Sound level meters.

8 Anónimo. Adaptación libre del estándar internacional “ISO 3382:1997, Acústica – Medición del tiempo de reverberación de salas con referencia a otros parámetros acústicos”.

11

IEC 1260:1995, Electroacoustics – Octave band filters and fractional-octave-

band filters.

ITU Recommendation P.58:1994, Head and torso simulator for telephonometry.

2.2.1.3 DEFINICIONES

Curva de decaimiento: Decaimiento del Nivel de Presión Sonora (Lp), en el

tiempo, y en un punto del recinto, una vez que la fuente sonora ha cesado.

Método del ruido interrumpido: Obtención de la curva de decaimiento grabando

directamente después de excitar la sala con un ruido de banda ancha o de

ancho de banda limitada.

Método de la respuesta impulso integrada: Obtención de las curvas de

decaimiento aplicando la integración reversa a la respuesta impulso del recinto.

Respuesta impulso: Gráfico del Nivel de Presión Sonora en función del tiempo

como resultado de excitar el recinto con una función delta de Dirac.

Tiempo de reverberación: Es el tiempo, expresado en segundos, que requeriría

el nivel de presión sonora para decaer en 60dB, a una tasa de decaimiento

obtenida por una regresión lineal de mínimos cuadrados, de la curva de

decaimiento medida desde un nivel de 5dB por debajo del nivel inicial hasta

35dB por debajo del nivel anterior.

Estado de ocupación: El tiempo de reverberación medido dependerá de la

proporción de asientos ocupados por la audiencia. Para ello se definen

diferentes estados de ocupación del recinto. Se deben hacer descripciones

detalladas de: cortina de seguridad, foso de la orquesta, mobiliario de la

orquesta, etc.

a) Estado desocupada: Sala preparada para su uso y lista para el ingreso de

oradores o músicos y la audiencia; pero sin las personas presentes.

b) Estado de estudio (sólo para salas de oratoria y música): Sala ocupada por

los ejecutantes u oradores y sin audiencia (ej. ensayos, grabaciones. Se

12

debe indicar el número de personas presentes (incluyendo ejecutantes y

técnicos).

c) Estado ocupada: Estado de ocupación de las plazas de un auditorio o teatro

igual o superior a un 80%.

2.2.1.4 CONDICIONES DE MEDICIÓN

GENERALIDADES. Las mediciones se pueden efectuar en cualquiera de los

tres estados de ocupación. Se debe considerar la capacidad de acústica

variable de la sala. La temperatura se debe medir con una precisión de ±1 ºC.

La humedad se debe medir con una precisión de ±5 %.

EQUIPAMIENTO.

a) Fuente sonora: Debe ser omnidireccional. Debe producir una relación S/N

suficiente para realizar la medición (para la correspondiente banda de

frecuencias). Un mínimo 45dB es adecuado. Si se va a medir T20 se

requieren sólo 35dB.

b) Micrófonos, grabación y equipamiento para análisis:

Micrófono y filtros. El equipamiento debe cumplir con las especificaciones

de un sonómetro tipo 1 (IEC 651). Los filtros (1/1 oct. o 1/3 oct.) deben

cumplir con la normativa IEC 1260. Los micrófonos deben ser

omnidireccionales (incidencia aleatoria) y lo más pequeños posible

(preferentemente de 1/2 pulgada de diámetro o menor).

Grabadora. Debe excluirse cualquier tipo de control automático de

ganancia para no alterar la verdadera pendiente de la curva de

decaimiento. La grabación debe ser lo suficientemente larga como para

identificar el nivel de ruido de fondo que sigue al decaimiento. Debe

cumplir con las especificaciones mínimas siguientes:

o Respuesta plana sobre el rango de medición, con tolerancia de ± 3dB.

13

o Rango dinámico suficiente para la correspondiente banda de

frecuencias. Para el método del ruido interrumpido debe proporcionar

S/N ≥ 50dB.

o La razón de velocidad de reproducción a la velocidad de grabación

debe ser 100,01n ± 2%, donde n = 0,1, 2,…

o Si en la reproducción se cambia la velocidad, el correspondiente cambio

de la frecuencia debe ser un número entero del correspondiente

espaciado de una banda de 1/3 oct. o si n es múltiplo de 3, del

espaciado de una banda de octava.

Aparato para conformar la curva del decaimiento. Debe usar cualquiera de

las siguientes opciones:

o Promediación exponencial, teniendo como output una curva continua.

o Promediación exponencial, teniendo como salida una secuencia de

muestras discretas obtenidas de una promediación continua como

output.

o Promediación lineal, teniendo como salida una sucesión discreta de

promedios lineales (en algunos casos con pequeñas pausas entre el

proceso de promediación).

La constante de tiempo del dispositivo de promediación exponencial debe

ser menor que (pero lo más próximo posible) a T/20. La constante de

tiempo del dispositivo de promediación lineal debe ser menor que (pero lo

más próximo posible) a T/7. T se refiere al tiempo de reverberación

efectivo (el que se obtiene de la señal reproducida a una velocidad

diferente a la de grabación), diferente al tiempo de reverberación

verdadero.

Indicación de saturación. No se permite la sobrecarga en ninguna etapa

del equipo de medición. Si se utilizan fuentes sonoras impulsivas,

entonces se requiere de dotar al equipo de indicadores de nivel peak para

prevenir las sobrecargas.

14

POSICIONES DE MEDICIÓN. Deben estar separadas como mínimo a una

distancia equivalente a media longitud de onda (2m para el rango de

frecuencias usual: 125Hz - 4KHz). La distancia mínima de una posición de

micrófono a cualquier superficie reflectante (incluyendo el piso) debe ser de 1/4

de longitud de onda (normalmente alrededor de 1m). Ningún micrófono debe

ubicarse cerca de la fuente sonora para evitar la influencia predominante del

sonido directo. La distancia mínima está determinada por

cTVd 2min =

Donde V es el volumen del recinto [m3], c es la velocidad del sonido [m/s] y T es

el tiempo de reverberación estimado [seg].

a) Cobertura baja (mediciones menos rigurosas). Para casos en que se quiere

evaluar la Absorción para efectos de control de ruido (incluyendo la obtención

del Índice de Reducción Sonora R), o para evaluar el tiempo de

reverberación en proyectos de refuerzo sonoro (recordar la ecuación de

Hopkins-Stryker). Usar dos posiciones (representativas) de fuente sonora.

Usar 3 ó 4 posiciones (representativas) de micrófono. Utilizar más posiciones

si se requiere disminuir las desviaciones entre mediciones individuales.

b) Cobertura normal. Estas mediciones se efectúan para confrontar

especificaciones de diseño de construcciones contra los valores reales

alcanzados.

2.2.1.5 PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

CONSIDERACIONES GENERALES. Para salas de concierto y recintos de

oratoria es preferible medir el tiempo de reverberación en bandas de octava.

MÉTODO DEL RUIDO INTERRUMPIDO.

a) Sonorización de la sala. Se puede utilizar una señal aleatoria o pseudo-

aleatoria. La fuente debe ser omnidireccional. El ancho de banda de la señal

15

debe ser mayor que 1/1 oct o 1/3 oct respectivamente. La duración de la

excitación debe ser lo suficientemente larga como para producir un campo

sonoro estacionario, antes de que se proceda a cesar el funcionamiento de la

fuente sonora (se recomienda T/2 segundos). Para volúmenes grandes la

excitación debe durar algunos segundos.

b) Número de mediciones. El número de posiciones de micrófono quedará

definido por el grado de cobertura requerido. La aleatoriedad de la señal

obliga a promediar varias mediciones en cada posición de micrófono con el

objetivo de alcanzar una repetibilidad aceptable. El mínimo es de tres

mediciones por posición; los resultados deben promediarse.

MÉTODO DE INTEGRACIÓN DE LA RESPUESTA IMPULSO.

a) Generalidades. La respuesta impulso de un recinto (para una ubicación

específica del par fuente-receptor). Existen diferentes métodos para obtener

la respuesta impulso. Esta norma no excluye a ninguno.

b) Integración de la respuesta impulso. Se obtiene para cada banda de octava

∫ ∫∞

∞

−==t

t

dpdptE )()()()( 22 ττττ

∫ ∫ ∫∞ ∞

−=t

t

dpdpdp0 0

222 )()()( ττττττ

Para minimizar el efecto del ruido de fondo en la parte final de la respuesta

impulso, se puede utilizar una de las siguientes técnicas:

Si no se conoce el nivel de ruido de fondo efectúe la integración reversa

utilizando un tiempo de integración fijo deslizable, T0.

∫+

−=t

Tt

dptE0

)()()( 2 ττ

T0 = T/5, donde T es un tiempo de reverberación estimado. Si comparado

con el T real difiere por más de un 25% cambiar el tiempo de integración y

repetir el proceso. El tiempo de integración inicial no debe ser inferior al

16

tiempo de reverberación. El nivel de ruido de fondo debe estar más allá de

10dB del rango inferior de evaluación.

Si el nivel del ruido de fondo es conocido, el punto de inicio de la

integración t1, se encuentra de la intersección entre una línea horizontal

(representativa) asociada al ruido de fondo y una línea recta de una parte

representativa de la respuesta impulso. La curva de decaimiento se

calcula por medio de

∫ +−=t

t

CdptE1

2 )()()( ττ

Donde t < t1 y C es una constante de corrección opcional suponiendo un

decaimiento exponencial de la energía con la misma tasa de decaimiento

que la obtenida por p2(t) entre t0 y t1, donde t0 es el tiempo

correspondiente a un nivel de 10dB más alto que el nivel en t1.

2.2.1.6 EVALUACIÓN DE LAS CURVAS DE DECAIMIENTO

MÉTODO DEL RUIDO INTERRUMPIDO. Se debe obtener una recta por el

método de ajuste de los mínimos cuadrados en el rango siguiente:

desde -5dB hasta -35dB para T30

desde -5dB hasta -25dB para T20

La pendiente de la línea recta representa a la tasa de decaimiento en decibeles

por segundo a partir de la cual se calcula el tiempo de reverberación.

a) Incerteza de las mediciones. Depende fuertemente de la cantidad de

promediaciones efectuadas. La relación entre la repetibilidad de la medición,

r, de acuerdo con ISO 5725-2 y el número de promediaciones N es:

para T30

%200

3030 BNT

r =

y para T20

17

%370

2020 BNT

r =

Donde B = ancho de banda del filtro. B = 0,71fc (filtro de octava). B = 0,23fc

(filtro de 1/3 oct.). fc es la frecuencia central del respectivo filtro.

Las mediciones realizadas en banda de octava requieren menos

promediaciones que las realizadas en bandas de tercio de octava. El mínimo

de excitaciones, para ser promediadas, es igual a tres.

MÉTODO DE LA INTEGRACIÓN DE LA RESPUESTA IMPULSO. El rango que

debe utilizarse para el análisis va desde 5dB hasta al menos 25dB por debajo

del nivel integrado total. Es deseable conseguir un rango de 30dB. Para obtener

la pendiente representativa de la curva de decaimiento se debe aplicar el

método de ajuste de los mínimos cuadrados (regresión lineal).

a) Incerteza de las mediciones. La repetibilidad de las mediciones utilizando

este método equivale a la que podría obtener con 10 promediaciones del

método del ruido interrumpido. No se requiere aumentar el número de

promediaciones para disminuir la incerteza. La principal fuente de incerteza

puede producirse por una elección inadecuada del punto de partida de la

integración reversa.

CURVAS DE DECAIMIENTO NO LINEALES. En algunos casos la curva de

decaimiento muestra más de una pendiente. En estos casos no se puede

asignar un valor único de tiempo de reverberación para el recinto. Se puede

estimar la pendiente de cada tramo en que se pueda ajustar una recta. El rango

mínimo es de 10dB por tramo.

EFECTOS DEL FILTRO Y EL DETECTOR PARA EL CASO DE TIEMPOS DE

REVERBERACIÓN CORTOS. Para tiempos de reverberación cortos, la curva

de decaimiento puede ser influenciada por el filtro y por el detector. Para que

este efecto sea despreciable se deben cumplir los siguientes requerimientos

mínimos: BT > 16 y T > 2Tdet. Donde B es el ancho de banda del filtro y Tdet es

18

el tiempo de reverberación del detector promediador. Para casos de cobertura

baja estos límites se pueden reducir a: BT > 8 y T > Tdet.

2.2.1.7 PROMEDIACIÓN ESPACIAL

El valor que representa al tiempo de reverberación del recinto (o de áreas por

separado de éste) debe ser un valor promedio que se obtendrá por alguno de los

siguientes dos métodos:

Promediación aritmética de los tiempos de reverberación. Para mayor exactitud

se puede agregar la desviación estándar.

Ensamble promediado de las curvas de decaimiento.

2.2.1.8 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

TABLAS Y CURVAS. El tiempo de reverberación evaluado para cada banda de

frecuencias debe representarse tanto en un gráfico como en una tabla (ver la

norma para los detalles formales). Se puede calcular un único valor

representativo llamado T30mid. Se obtiene promediando aritméticamente los

valores del tiempo de reverberación para las bandas de octava de 500Hz y

1000Hz.

CERTIFICADO DE ENSAYO. Establece que las mediciones se han realizado

en conformidad con esta normativa internacional. Debe incluir la siguiente

información:

a) Nombre y locación del recinto.

b) Un croquis de la planta.

c) El volumen de la sala.

d) Número y tipo de asientos.

e) Estado(s) de ocupación durante las mediciones y número de ocupantes.

f) Descripción del uso de equipamiento variable (cortinas, sistema de refuerzo

sonoro, reverberación artificial, etc.).

19

g) Indicación del estado de uso de las cortinas decorativas o de seguridad (sólo

para teatros).

h) Descripción (si corresponde) del mobiliario presente en el escenario.

i) La temperatura y la humedad relativa de la sala durante las mediciones.

j) El tipo de fuente sonora y las posiciones utilizadas.

k) Una descripción del tipo de señal utilizada.

l) Cobertura utilizada: posiciones de micrófonos indicadas en un croquis de

planta (incluir la altura de los micrófonos).

m) Descripción del aparato de medición, de la fuente sonora, de los micrófonos y

si se utilizó una grabadora.

n) La fecha de las mediciones y la identificación de la organización o empresa a

cargo de las mediciones.

En este proyecto se expone en resumen el estándar ISO 3382:1997 de la forma

más breve y concisa debido a que este tipo de normativas son de carácter público

“únicamente” de manera comercial. En este resumen se habla solamente de la

obtención de los tiempos de reverberación propios de los recintos cerrados con

base en la respuesta al impulso, para la profundización en el tema sobre la

obtención de los demás parámetros a evaluar es necesario ver los anexos del

estándar.

2.3 MARCO TEÓRICO

2.3.1 Introducción a los modelos a escala en acústica arquitectónica

Un modelo físico a escala puede ser usado para determinar como se comportará

el sonido en un ambiente de escala real. Por ejemplo, un modelo es usado para

ayudar a diseñar una buena acústica de salas de concierto o para ayudar al

20

diseño efectivo de barreras de ruido en calles o autopistas. Las configuraciones

del modelo son rápidamente construidas, ajustadas y probadas.

¿Por qué modelos físicos en la era de la realidad virtual? Con la ventaja de los

computadores de alta velocidad y el modelado con el uso de la realidad virtual,

¿por qué todavía serían apropiados los modelos físicos a escala?

La razón principal dada por los modeladores es que al usar un modelo a escala,

diferentes soluciones acústicas pueden ser comparadas rápidamente. Para

espacios de interiores, los arquitectos pueden hacer una revisión rápida del

impacto estético de las soluciones acústicas. Aspectos no relacionados a la

acústica también pueden ser tratados al mismo tiempo. Estos aspectos están

relacionados con las líneas de visión, iluminación, o la evaluación del espacio y

mecanismos necesarios para la operación de paneles acústicos móviles. Para los

modelos de exteriores, las edificaciones pueden ser removidas y reemplazadas

rápidamente. Estructuras y barreras pueden ser adicionadas. A su vez, el modelo

puede ser usado para la presentación de alternativas de solución a los equipos de

revisión de diseño.

El propósito de realizar modelos a escala para la evaluación acústica de espacios

arquitectónico o exteriores se basa en lo siguiente: el modelamiento de problemas

de ruido es un concepto bastante amplio y que puede significar el uso de casi

cualquier procedimiento como el computacional, el gráfico o el experimental, los

cuales están diseñados para reproducir o copiar el comportamiento acústico de

una situación dada. El modelado acústico a escala es un procedimiento que usa

modelos físicos a escala en la simulación de la propagación del sonido en escala

real (la escala es por lo general más pequeña que la situación real, pero no

siempre). La clase de modelamiento usado dependerá de las condiciones de la

situación “real”. Casos simples de la propagación del sonido involucrando

divergencia geométrica y la absorción del aire pueden ser modelados con simples

21

ecuaciones y gráficas. También con esto, los modelos a escala sirven de uso para

la ayuda pedagógica en la demostración del fenómeno acústico básico.

2.3.2 Breve historia del modelamiento a escala en la acústica arquitectónica

Una vez que se acepto que el sonido es un efecto de ondas, el medio más común

y natural para visualizarlo fue el agua. Cortes bidimensionales de recintos (Ej.

salas de conciertos) fueron creados a partir de madera y metal y colocados en un

“ripple tank” (o cubeta de ondas) para así poder representar a través del agua la

propagación de las ondas a partir de la fuente y contra las paredes del modelo.

Las limitaciones de este tipo de simulación son bastante obvias: 1. Es una técnica

bidimensional tratando de modelar un mundo tridimensional, y 2. Las ondas se

vuelven borrosas y se atenúan notablemente después de solo dos o tres

reflexiones mientras que las ondas sonoras son claramente audibles después de

cientos de reflexiones.

Otra vieja práctica es la construcción de modelos a escala hechos enteramente de

espejos para luego utilizar una pequeña fuente de luz como representación de la

fuente sonora. Luego los ángulos de los techos y paredes son manipulados para

así reflejar la mayor cantidad de luz sobre el área del modelo que representaría la

zona de los oyentes.

Con el pasar del tiempo, y antes de llegar a la era computacional de nuestros días,

se tuvo acceso a la tecnología militar de la finalizada II Guerra Mundial que

ayudaría en gran parte a la precisión de mediciones, en los ya mencionados

modelos de simulación. Gracias a la invención y desarrollo del SONAR fueron

evolucionando las herramientas y equipos necesarios para una más óptima

medición acústica dentro de los modelos a escala de recintos.

22

2.3.3 Modelamiento en la acústica de recintos

2.3.3.1 Desarrollo de las herramientas de diseño. Modelos físicos

Fotografía Schlieren ultrasónica: En 1913, Sabine publicó un “paper” describiendo

el uso de ondas ultrasónicas y la fotografía Schlieren para estudiar las reflexiones

del frente de onda desde el techo y las paredes de una sección bidimensional de

un modelos a escala.9 La fuente sonora es una chispa eléctrica producida por la

descarga de un condensador. Con el aire lleno de humo y una luz fuerte

alumbrando desde la parte posterior del modelo, los frentes de onda se hacen

visibles y pueden ser registrados en una placa fotográfica. La luz es refractada

debido a que el frente de onda es mucho más denso que el aire que lo rodea. Este

método puede visualizar efectos de difracción y dispersión debidos a las

irregularidades del modelo (Ver figura 1).

Figura 1. Fotografía Schlieren mostrando las reflexiones de los frentes de onda del

ultrasonido en un modelo seccional bidimensional del Gewandhaussaal en Leipzig.10

Ripple Tank: Fotografías similares se pueden obtener al proyectar la luz a través

de un tanque con un bajo nivel de agua, y creando las ondas con un mecanismo

9 Sabine, W.C. Theater Acoustics. The American Architect. 1913. Pág 104 y 257. Reimpreso en: Collected Papers on Acoustics, Harvard University Press, 1922. 10 Engl, J. Space and architectural acoustics. Academic publishing house company, Leipzig. 1939.

23

vibrador.11 Una fuente continua creará un tren de ondas y la longitud de onda

podrá ser escogida para representar aquella frecuencia sonora que se desea

analizar. En un modelo a escala 1:50 la profundidad del agua es de

aproximadamente 10mm.

Método óptico - Rayo de luz: Una fuente de luz es utilizada para reemplazar la

fuente sonora. Un método publicado en 1929 usa la fuente de luz dentro de un

cilindro con muchas “rejillas”. En un modelo bidimensional con superficies

reflectoras de luz, es posible obtener una fotografía de los rayos de luz y sus

reflexiones de primer orden. Las superficies que deberían ser absorbentes pueden

ser pintadas de negro para evitar la reflexión de los rayos de luz (Ver figura 2).

Figura 2. Investigación con rayos de luz, de las reflexiones en un modelo

seccional del Okuma Memorial Auditórium.12

Método óptico - Distribución de luz: En los años 30, un método óptico fue usado

para investigar la distribución de la energía en un auditorio. Una placa de cristal de

ópalo es usada para representar la audiencia. Las otras superficies del recinto son

modeladas de hojas de aluminio con un coeficiente de reflexión óptico de

alrededor del 50%. Con una fuente de luz representando la fuente sonora, el brillo

11 Davis, A.H. & Kaye, G.W.C. The Acoustics of Buildings. London. 1927. 12 Knudsen, V.O. Architectural Acoustics. John Wiley & Sons, New York. 1932.

24

del cristal indica la distribución de la presión sonora en estado estacionario sobre

el área de la audiencia. Vermeulen y de Boer13 usaron este método para el diseño

del Teatro Philips en Eindhoven.

A continuación se presentan las diferencias de las características entre los

modelos anteriormente descritos: la Fotografía Schlieren ultrasónica, el Ripple

Tank, el Método óptico - Rayo de luz y el Método óptico - Distribución de luz (Ver

tabla 2).

Tabla 2. Algunas de las características y/o propiedades de los modelos físicos.

Sc

hlie

ren

Rip

ple

Tan

k

Ray

o de

luz

Dis

trib

uci

ón

de lu

z

Primer reporte 1913 1921 1929 1936

Dimensiones 2D 2D 2D 3D

Física Ultrasonido Agua Luz Luz

Frente de onda X X

Longitud de onda X

Escala típica 1:200 1:50 1:50 1:200

Reflexiones tempranas X X X

Distribución de energía X

Absorción de las superficies X X X

Efectos de dispersión X X

Efectos de difracción X X

13 Vermeulen, R. & de Boer, J. Philips Techn. Review 1. 1936. Pág 46.

25

2.3.3.2 Desarrollo de las herramientas de diseño. Modelos acústicos a escala

Modelos ‘Technicolor’: En 1934, Spandöck hizo el primer reporte de un método

para la evaluación subjetiva de la acústica de un recinto con el uso de modelos

tridimensionales. La escala era de 1:5 y usó un tambor de cera a 60 revoluciones

por minuto para grabar una señal, la cual fue reproducida a 300rev/min e irradiada

en el modelo. El sonido en el modelo fue grabado a una velocidad alta y

reproducido a una velocidad baja. En los años siguientes, V.L. Jordan mejoró éste

método con el uso de un grabador magnético (el Telegráfono Poulsen) con

muestras de 20seg de discurso. Esto podía demostrar la influencia de la absorción

sonora dentro del recinto en la inteligibilidad de la palabra hablada.

El principio en el modelamiento a escala es que todas las dimensiones físicas,

incluyendo las longitudes de onda, son reducidas por el factor de escala. El

nombre ‘Modelos Technicolor’ como también otros nombres usados para los

modelos acústicos a escala, fue propuesto originalmente por Burd.14 La razón de

este nombre es el intento por elegir los materiales de las superficies del modelo

con el coeficiente de absorción correcto respecto de las frecuencias escaladas. En

el desarrollo posterior de Reichardt15 y otros, la escala fue reducida a 1:10 o 1:20

(Ver figura 3). Para reducir al mínimo la influencia del aire en la atenuación a altas

frecuencias, el aire dentro del modelo era secado a alrededor de 2% HR

(humedad relativa). Las ‘Dummy Heads’ eran desarrolladas según la escala

elegida y así poder obtener grabaciones binaurales dentro del modelo a escala

(Ver figura 4).

14 Burd, A.N. Acoustic Modelling - Design Tool or Research Project?. Chapter 7 in “Auditorium Acoustics” R. Mackenzie (ed.), Applied Science Publishers, London. 1975. 15 Reichardt, W. The acoustics of the auditorium of the State of Berlin, Linden. High-frequency engineering and electro-acoustics. 1956. Pág 64 y 134.

26

Figura 3. Vista del modelo a escala 1:10 del Major Hall para la Sydney Opera House (no el diseño final, sino el último diseño de Utzon alrededor de 1966).16

Figura 4. ‘Dummy head’ con dos micrófonos a escala 1:20 utilizada para el rediseño de la Semper Opera en Dresden.17

Modelos ‘Medio-Tono’: Cuando la técnica de modelos a escala es usada para el

diseño de salas, el uso de pruebas de escucha para determinar la calidad acústica

puede llegar a ser muy dispendioso y no práctico. Las mediciones acústicas

16 Jordan, V.L. Acoustical Design of Concert Halls and Theatres. Applied Science Publishers, London. 1980. 17 Fasold, W.; Sonntag E. & Winkler, H. Building and room acoustics. Publishing house for building industry, Berlin. 1987.

27

objetivas dentro de recintos son más rápidas y más precisas. Tales mediciones

están basadas en la respuesta al impulso, el cual puede ser medido fácilmente

con el uso de una chispa eléctrica como fuente de sonido impulsivo. Durante los

años 50 y 60 ésta técnica fue tomada en práctica para el diseño de teatros de

ópera y salas de concierto, y en el mismo período floreció el desarrollo de nuevos

parámetros acústicos objetivos para la evaluación y diseño de recintos.18 Estos

modelos son llamados ‘Modelos Medio-Tono’ debido a que no hay ningún intento

por modelar la absorción de las superficies con alta precisión. Solo la audiencia es

modelada con aproximadamente la correcta absorción.19 Las otras superficies son

hechas tan reflectivas como sea posible, y la atenuación por el aire es tomada en

cuenta ya que no se trata la humedad dentro del modelo. Antes de que el modelo

sea usado, el tiempo de reverberación como función de la frecuencia es ajustado

con aproximación colocando parches de material absorbente en el techo u otras

superficies apropiadas.

Con una ‘dummy head’ en escala menor es posible incluir una aproximación a la

auralización por convolución de una prueba sonora con la medición de la

respuesta binaural del recinto al impulso - Binaural Room Impulse Response

(BRIR).

Modelos ‘Blanco & Negro’: Para reducir el tiempo necesario para las pruebas de

los modelos a escala, la técnica de modelamiento fue desarrollada aún más a

finales de 1970 con modelos en la escala de 1:50.20 En ésta escala, el control de

la absorción de los materiales es muy difícil y por ende no se toma en cuenta. Si

las superficies son reflectivas o absorbentes es lo que se caracterizará como un

‘Modelo Blanco & Negro’.

18 Jordan, V.L. Acoustical Design of Concert Halls and Theatres. Applied Science Publishers, London. 1980. 19 Day, B.F. A tenth-scale model audience. Applied Acoustics. 1968. Pág 121-135. 20 Barron, M. & Chinoy, C.B. 1:50 Scale Acoustic Models for Objective Testing of Auditoria. Applied Acoustics. 1979. Pág12 y 361-375.

28

A continuación se presentan las diferencias de las características entre los

modelos anteriormente mencionados: Technicolor, Medio-Tono y Blanco & Negro

(Ver tabla 3).

Tabla 3. Algunas de las características y/o propiedades de los modelos acústicos a escala.

‘Tec

hn

icol

or’

Fuen

te

din

ámic

a el

éct.

‘Tec

hn

icol

or’

Fuen

te

impu

lsiv

a

‘Med

io-T

ono’

‘Bla

nco

&

Neg

ro’

Primer reporte 1934 1956 1968 1979

Escala típica 1:8 a 1:20 1:8 a 1:20 1:8 a 1:20 1:50

Fuente Altavoz Chispa Eléc. Chispa Eléc. Chispa Eléc.

Directividad de la fuente X X

Micrófono receptor X X X X

‘Dummy head’ receptora X X X

Absorción de las superficies X X X X

Reflexiones tempranas X X X X

Efectos de dispersión X X X X

Efectos de difracción X X X X

Respuesta al impulso X X X X

Tiempo de reverberación X X X X

Parámetros ISO 3382 X X X X

Auralización X X X

Tiempo para construcción 12-24 sem. 12-24 sem. 8-20 sem. 3 semanas

Tiempo para mediciones 4-8 sem. 4-8 sem. 3-8 sem. 1 sem.

29

2.3.4 Procedimientos generales de modelamiento

El modelamiento a escala implica una simulación de la fuente sonora, el trayecto

de transmisión y el receptor. La simulación exacta de la fuente sonora significa

conservar la directividad de la fuente real, y “acelerar” la señal de la fuente por el

inverso de la razón de la escala. Tal procedimiento es obviamente difícil de

ejecutar, pero ha sido seguido en aplicaciones de salas de concierto. La

directividad de los elementos de la orquesta es simulada al usar pequeños multi-

altavoces. En adición, la señal sonora utilizada será una versión acelerada de la

señal de cada instrumento o del ensamble orquestal. Los procedimientos para la

construcción de modelos a escala son independientes de la clase de fuente

sonora a utilizar. La escala de construcción depende del tamaño real del proyecto

y del rango de frecuencias deseado. Para espacios de interiores, la escala es por

lo general de 1:10 a 1:20, mientras que para modelos de exteriores las escalas

varían de 1:32 a 1:64.

La absorción de las paredes tiende a ser de gran importancia en cuanto a definir el

nivel sonoro en modelos a escala de interiores, mientras que con modelos de

exteriores, la dispersión provocada por las superficies, edificios, etc. es más

importante. Así, dependiendo de la aplicación, se debe prestar atención a los

diferentes aspectos del detalle de la construcción.

El micrófono o micrófonos a ser utilizados dependen del nivel de señal disponible,

el rango de frecuencias deseado y las condiciones de uso. Los micrófonos varían

en tamaño, sensibilidad a la presión sonora, respuesta en frecuencia y sensibilidad

a condiciones ambientales (viento, humedad, temperatura). En la mayoría de

situaciones de modelamiento de interiores, el micrófono es el elemento limitante

del sistema. Representando al oyente, este se coloca en posiciones donde la

acústica del recinto se desea evaluar, orientado exactamente igual a como se

ubicaría una persona en la sala real, y siendo lo más omnidireccional posible.

30

La exactitud de cualquier modelo a escala está limitada por el grado en el cual el

modelo simula de manera efectiva los procesos físicos en un ambiente real. En los

modelos a escala de interiores, la exactitud del detalle es el objetivo primario.

Los modelos a escala de espacios interiores implican reflexiones sonoras en un

recinto tridimensional, dando como resultado niveles sonoros mayores a los

percibidos en campo libre, con contribuciones de sonidos llegando a mayor tiempo

que el sonido directo. Así que aquí el reto de los modeladores es simular un

correcto campo sonoro.

2.3.5 La absorción del aire

Para modelos de espacios industriales o comerciales, el criterio de diseño es

bastante diferente que aquel usado para salas de concierto. Esto da como

resultado que el modelo exija una demanda mucho menor. En un espacio

industrial, las frecuencias de interés estarán probablemente relacionadas con los

ruidos de maquinarías típicas que causan interferencia de la palabra hablada,

caracterizadas por las bandas de octava de 500Hz y 1KHz, o un daño potencial

en la escucha de los trabajadores. Para un modelo a escala 1:10 o 1:16, dichas

frecuencias son modeladas a 10KHz o menos, y el problema de la absorción del

aire es obviado. Sin embargo, para el modelo de una sala de conciertos donde la

banda de los 4KHz es de interés, la absorción del aire debe ser considerada y no

descartada.

2.3.6 Selección de materiales

La selección de materiales en la construcción de modelos de interiores puede no

depender solamente de las consideraciones acústicas. De hecho, otros usos del

modelo pueden dictar la selección de los materiales.

31

Como ejemplo, el modelo de un auditorio podría ser usado para estudios de

iluminación; la opción de los materiales a utilizar estará dictada principalmente por

los requerimientos para dicho diseño.

A su vez, para propósitos de modelado acústico, la tabla 4 muestra algunas de las

consideraciones relacionadas con la construcción de modelos a escala que se

deben tratar para la selección de materiales a utilizar como estructura del recinto.

El MD44 (especie de madera tipo MDF) es un material muy útil, aunque necesita

ser cortado con herramientas eléctricas, acepta el barniz de muy buena manera y

no varía su forma (sigue siendo plano) bajo condiciones de humedad.

Tabla 4. Comparación entre cuatro diferentes tipos de materiales para la

construcción de modelos a escala.

CONSTRUCCIÓN MATERIAL DEL MODELO

PROPIEDAD Acrílico/ABS Cartón Masonita MD44

Propiedad de mantenerse plano Buena Justa Justa Excelente

Grosor Variado Limitado Limitado Grueso

Rigidez Depende del grosor Depende del grosor Bueno Excelente

Color Variado Variado Marrón Marrón

Textura Liso Liso Liso o rugoso Liso

Resistencia a la humedad Buena Pobre Buena Excelente

Cortado Rayar y romper Cortador, exacto Sierra Sierra

Doblaje Calor Rodillo Presión No

Perforado Cuidadosamente No Si Si

Pegado Especial Blanco Blanco Blanco

Reflectividad Acústica Si Barnizado Un lado Barnizado

32

Para las superficies de absorción en el interior del modelo, varios materiales

pueden ser utilizados. Por ejemplo telas, variando (en grosor) desde la muselina

sintética hasta las toallas de algodón son especialmente útiles y pueden ser

fácilmente construidos en paneles de paredes para una sencilla aplicación.

Algunos ejemplos se pueden ver en la tabla 5. El coeficiente de absorción puede

ser medido en una cámara reverberante a escala; construida en masonita, acrílico

o vidrio, con un volumen de 0,5 a 1 metro cúbico.

Tabla 5. Coeficientes de absorción de diferentes tipos de materiales

usados en el interior de los modelos a escala.

Material Frecuencia central por bandas de oct (KHz)

1.25 2.5 5 10 20 40

Papel de lija fino .04 .03 .09 .12 .14 .30

Muselina 80g/m2 .08 .08 .12 .16 .29 .47

Pana 340g/m2 .11 .17 .36 .62 1.03 1.05

Plywood sin barnizar .04 .15 .15 .09 .16 .30

Plywood barnizado .06 .12 .06 .04 .06 .12

Espuma 6mm de grosor, 60cgs rayls/cm .11 .51 .99 1.04 1.23 1.06

Espuma 10mm de grosor, 60cgs rayls/cm .41 .68 .93 1.10 1.07 1.10

Espuma 10mm de grosor, 60cgs rayls/cm con

cubierta plástica 21g/m2.59 .88 .92 .89 .54 .32

Muselina 80g/cm2 a 12mm de la pared .08 .21 .30 .29 .42 .74

2.3.7 Procedimiento para el modelado de espacios interiores

La acústica de auditorios ha sido evaluada hace poco más de un siglo y aún no

existen criterios totalmente establecidos para la calidad del comportamiento

33

sonoro en dichos espacios. Esto es en parte debido a que los auditorios son ahora

de usos multipropósito; orquestal, operático, palabra hablada (o discursos), música

rock, entre otros. Cada uno de estos usos que se le de a un auditorio, requiere de

una determinada; y por lo general diferente, calidad sonora. El diseñador de la

sala debe considerar, en adición del ambiente acústico natural del espacio,

sistemas de refuerzo sonoro tanto como para amplificar la fuente sonora desde el

escenario, como para elevar los niveles de reverberación del sonido

electrónicamente dentro del recinto. Alternativamente, la sala podría ser diseñada

con dispositivos de “amortiguamiento sonoro” para reducir la reverberación del

recinto según algún evento en particular.

Así, para este último uso, no es fácil presentar una bien-definida metodología para

la evaluación acústica de auditorios.

Típicamente, los modelos de espacios interiores son de una escala mucho mayor

a aquellos de exteriores. Usualmente, la construcción del modelo varía en su

escala entre 1:8 a 1:16. Estas escalas de mayor tamaño son importantes para el

fácil acceso al interior del modelo.

2.3.8 Ejemplos de modelos a escala en acústica arquitectónica

A continuación se exponen algunos ejemplos de modelos a escala de ciertos

teatros, auditorios y salas de concierto entre otros, que fueron construidos para la

evaluación y análisis acústico de los mismos antes de llevarse a cabo las

construcciones de dichos recintos en su tamaño real.

Algunos de los modelos fueron realizados únicamente de manera experimental

para su uso en investigaciones de índole profesional y educativas.

34

2.3.8.1 El “Royal Festival Hall”

El “Royal Festival Hall” está situado en el South Bank Centre en Londres,

Inglaterra. Figura 5. El “Royal Festival Hall”. Vista desde el escenario.

Figura 6. Modelo acústico a escala 1:20 del “Royal Festival Hall”. Vista desde la audiencia hacia el escenario.

35

Figura 7. Modelo acústico a escala 1:20 del “Royal Festival Hall”. Vista desde la

audiencia hacia los palcos de un costado y el escenario.

Figura 8. Modelo acústico a escala 1:20 del “Royal Festival Hall”. Vista hacia

los palcos de un costado.

36

Figura 9. Modelo acústico a escala 1:20 del “Royal Festival Hall”. Debido a su

tamaño se compone de tres partes .

2.3.8.2 El “Queen Elizabeth Theatre”

El “Queen Elizabeth Theatre” está situado en Vancouver, Canada.

Figura 10. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde un costado.

37

Figura 11. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde el escenario.

Figura 12. El “Queen Elizabeth Theatre”. Vista desde un balcón.

38

Figura 13. Modelo acústico a escala 1:50 del “Queen Elizabeth Theatre”.

2.3.8.3 El “Tsuyama City Music Hall”

El “Tsuyama City Music Hall” está situado en la ciudad de Tsuyama en Okayama,

Japón.

Figura 14. El “Tsuyama City Music Hall”. Vista aérea desde el escenario.

39

Figura 15. Modelo acústico a escala 1:10 del “Tsuyama City Music Hall”. Vista desde

la audiencia hacia el escenario.

Figura 16. Modelo acústico a escala 1:10 del “Tsuyama City Music Hall”.

Vista desde el escenario.

40

2.3.8.4 El “Teatro degli Arcimboldi”

El “Teatro degli Arcimboldi” está situado en Milán, Italia.

Figura 17. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el escenario.

Figura 18. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista hacia el costado izquierdo y los balcones.

41

Figura 19. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el primer balcón hacia el costado derecho.

Figura 20. El “Teatro degli Arcimboldi”. Vista desde el segundo balcón hacia el

escenario y el costado izquierdo.

42

Figura 21. Modelo acústico a escala 1:16 del “Teatro degli Arcimboldi”. Vista

del modelo a escala siendo construido.

Figura 22. Modelo acústico a escala 1:16 del “Teatro degli Arcimboldi”.

Vista hacia los paneles del costado izquierdo.

43

Figura 23. Modelo acústico a escala 1:16 del “Teatro degli Arcimboldi”.

Vista hacia la audiencia.

Figura 24. Modelo acústico a escala 1:16 del “Teatro degli Arcimboldi”. Modelo de

la audiencia y vista desde el escenario hacia el costado derecho.

2.3.8.5 El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”

El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.” está situado en las instalaciones de la

Universidad de San Buenaventura en Bogotá, Colombia. El modelo acústico a

44

escala de este auditorio fue construido por Francisco Pereira Pardo para la

realización de un paper de investigación titulado “MODELOS A ESCALA EN

ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA - Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”; del mismo

autor, mientras cursaba la carrera de Ingeniería de Sonido en la Universidad de

San Buenaventura sede Bogotá, Colombia en el segundo período del año 2004.

Figura 25. El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”. Vista hacia el costado izquierdo.

Figura 26. El “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”. Vista hacia el costado derecho.

45

Figura 27. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”.

Vista hacia la audiencia del costado izquierdo.


Vista hacia la audiencia del costado derecho.

46


Acercamiento a los asientos.


Vista para apreciar el detalle del techo.

47


Vista desde la parte derecha del escenario.


Vista aérea.

48

3. METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

El enfoque de la investigación es de tipo cuantitativa y empírico analítica. Lo que

se pretende es hacer un paralelo entre la acústica de un recinto real y la del

modelo a escala de este. Esto con el propósito de validar un método de evaluación

y diseño de la acústica de salas que fue muy utilizado en el pasado y que hoy en

día ha sido poco a poco desplazado debido al gran advenimiento de la tecnología

computacional e informática.

3.2 HIPÓTESIS

Es posible la construcción del modelo a escala de un recinto existente para el

posterior análisis de ciertos parámetros acústicos propios del mismo con aquellos

obtenidos de la sala real ya construida, teniendo en cuenta estándares

internacionales en el momento de las mediciones acústicas tanto del recinto en

escala real y la maqueta a escala reducida.

El proyecto hará un aporte significativo en la práctica y experimentación de un

método de simulación y análisis acústico de recintos que no es tan popular hoy en

día debido a los grandes avances en la informática y la vertiginosa evolución de

los equipos de cómputo para esta tarea.

3.3 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB-LÍNEA DE FACULTAD/CAMPO

TEMÁTICO DEL PROGRAMA

La línea de investigación de la USB para este proyecto es “Tecnologías actuales y

sociedad” debido a que se involucran conocimientos técnicos de vanguardia para

49

la utilización de modelos acústicos a escala en la experimentación del análisis de

simulación vs. realidad. También hace un aporte a la sociedad (empresas o

personas dedicadas al diseño y estudio de la acústica de salas) en cuanto a la

documentación de procesos para el modelamiento acústico de recintos por medio

de modelos a escala de estos.

La sub-línea de investigación de la facultad para este proyecto es “Instrumentación

y control de procesos” ya que se relacionan conceptos y variables en el desarrollo

del diseño y/o adopción de sistemas para la optimización de procesos definidos en

este trabajo.

El campo temático del programa para este proyecto es el “Campo de Acústica”

debido a que se tratan conceptos de acústica y se busca el diseño, adaptación de

instrumentos y métodos asociados a modelos a escala en acústica arquitectónica.

3.4 VARIABLES

3.4.1 Variables Independientes

Equipos de medición acústica.

Conocimiento del procedimiento para la medición de parámetros acústicos en

recintos cerrados.

Comportamiento acústico del auditorio.

Frecuencias de interés debido a la escala del modelo.

3.4.2 Variables Dependientes

Veracidad en la construcción del modelo a escala.

Calidad de las mediciones acústicas.

Interpretación de resultados.

50

4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 EL “AUDITORIO SAN FRANCISCO DE ASÍS”

El “Auditorio San Francisco de Asís” (“Auditorio SFdeA” para figuras y tablas) está

ubicado en la Universidad de San Buenaventura en la ciudad de Bogotá,

Colombia. A continuación se muestran algunas fotografías del auditorio (Ver figura

33 a la 36).

Figura 33. El “Auditorio SFdeA”. Vista desde el escenario.

Figura 34. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia el escenario.

51

Figura 35. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia el escenario desde un costado.

Figura 36. El “Auditorio SFdeA”. Vista hacia la primera fila de asientos.

A continuación se exponen los aspectos importantes del auditorio (Ver tabla 6) y el

croquis del mismo (Ver figura 37).

Tabla 6. Aspectos importantes del “Auditorio SFdeA”.

VOLUMEN (m3) 2082,9

NÚMERO DE SILLAS 350

ÁREA DEL ESCENARIO (m2) 103,6

ÁREA DE PISO DE LA AUDIENCIA (m2) 185,2

52

Figura 37. Croquis del “Auditorio SFdeA”. Vistas de corte y planta.

El “Auditorio San Francisco de Asís” es el auditorio más grande con el que cuenta

la Universidad de San Buenaventura sede Bogotá, y se construyó para su

utilización en conferencias, eventos musicales y teatrales, proyecciones de video,

exposiciones, seminarios y cualquier otro evento que requiera de su tamaño y

diseño. Es también el auditorio principal de la Universidad.

53

4.2 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO A ESCALA

Para poder empezar con el proceso de construcción del modelo a escala del

“Auditorio San Francisco de Asís” fueron necesarias varias visitas al recinto. Esto

fue debido a la poca precisión de los planos facilitados por el área de recursos

físicos de la Universidad. Una vez realizadas las mediciones arquitectónicas y el

levantamiento de los planos terminado, fue entonces que se prosiguió a la

construcción de la maqueta a escala 1:16 del auditorio.

La razón principal por la cual el modelo se escalo a 1:16, es la facilidad de

escalamiento y transposición de frecuencias por bandas de octava; como se

explicó en el apartado 2.1.2 (Ver tabla 1), y también porque está en el rango de

tamaños más utilizados en este tipo de prácticas.

Dentro de los materiales de construcción empleados en el modelo (Ver tabla 7

para sus usos) se encuentran:

Madera de tipo MDF de 1,2cm de grosor.

Madera Triplex de 4mm de grosor.

Madera Balso de 0,9mm, 2mm y 1cm de grosor.

Tela de tipo delgado de costura visible.

Tela de tipo paño.

Láminas de metal de 0,5mm de grosor.

De la figura 38 a la 42 se muestran algunas fotografías del modelo a escala 1:16

del “Auditorio San Francisco de Asís” ya construido.

54

Tabla 7. Materiales empleados en la construcción del modelo.

MATERIAL USO

Madera MDF 1,2cm de grosor Paredes, Techo, Pisos y Muros

Madera Triplex 4mm de grosor Piso del escenario y donde no se ve alfombra

Madera Balso 0,9mm de grosor Sillas

Madera Balso 2mm de grosor Paneles en la parte media del techo

Tela de tipo delgado de costura visible Cubierta de las sillas

Tela de tipo paño Cubierta del suelo para simular la alfombra

Láminas de metal 0,5mm de grosor Puertas y Paneles de metal en la parte posterior del techo


Vista hacia el escenario y vista aérea.

Figura 39. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio SFdeA”. Vista de los asientos y vista hacia el escenario mostrando paneles del techo.

55

Figura 40. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio SFdeA”. Vista mostrando los paneles del techo anteriores y posteriores.

Figura 41. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio SFdeA”. Vista hacia la audiencia y hacia el escenario.

Figura 42. Modelo acústico a escala 1:16 del “Auditorio SFdeA”. Acercamiento a los paneles del techo anteriores y posteriores.

56

El criterio para la elección de los materiales empleados dentro del modelo se basó

en pruebas al momento de realizar las mediciones acústicas dentro del mismo

para la comparación con las del recinto real. Ya se sabía con anterioridad el uso

de ciertos materiales gracias al paper de investigación realizado anteriormente por

el mismo autor de este trabajo y que se titula: “MODELOS A ESCALA EN

ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA - Auditorio Fray Juan de J. Anaya P.”

Los cambios en los materiales empleados no fueron muchos, el mayor cambio que

se le hizo al modelo una vez construido fue colocar al revés la tela que se usó

como alfombra. Esto se debió a que los valores de los parámetros acústicos

arrojados por las mediciones indicaban que dentro del modelo existía demasiada

absorción acústica. Una vez realizado este cambio, los valores dentro del modelo

se acercaron de manera significativa a aquellos del recinto real.

Otro cambio efectuado dentro del modelo fue la forma en que los paneles son

sujetados al techo, esto se hizo disminuyendo la cantidad del material empleado

para ese fin.

4.3 MEDICIONES ACÚSTICAS

4.3.1 Instrumentación dentro del auditorio

Equipo utilizado (Ver figura 43):

Computador portátil. (a)

Interfase de audio vía USB, TASCAM modelo US-122. (b)

Fuente omnidireccional (dodecaedro). (c)

Amplificador CREST AUDIO modelo CA4. (d)

Micrófono de medición (de patrón omnidireccional), BEHRINGER modelo

ECM8000. (e)

57

Figura 43. Equipo utilizado en las mediciones dentro del auditorio.

(a)

(b) (c)

(d) (e)

Software utilizado:

ACOUSTICS ENGINEERING, Dirac v2.0 corriendo bajo Windows XP

Professional Edition.

4.3.2 Instrumentación dentro del modelo a escala

Equipo utilizado (Ver figura 44):

Computador portátil. (a)

Interfase de audio vía USB, TASCAM modelo US-122. (b)

Dos parlantes Sony modelo srs-27. (c)

Micrófono de patrón omnidireccional de 6mm de diámetro, Panasonic modelo

WM60A. (d)

Software utilizado:

ACOUSTICS ENGINEERING, Dirac v2.0 corriendo bajo Windows XP

Professional Edition.

58

Figura 44. Equipo utilizado en las mediciones dentro del modelo a escala.

(a) (b)

(c) (d)

4.3.3 Procedimiento de medición

Para llevar a cabo las mediciones y así obtener los parámetros acústicos

relevantes en este proyecto (EDT, T10, T20, T30, C80, y D50) según la norma ISO

3382-1997, se realizó un mapeo del auditorio para el posicionamiento del

micrófono en dieciséis puntos distintos dentro del área de la audiencia y un punto

para la colocación de la fuente omnidireccional (Ver figura 45).

El micrófono se colocó a una altura de 1,10m desde el piso sobre los asientos

dados por el mapeo sobre la audiencia (Ver figura 46). La fuente omnidireccional

se posicionó a una altura de 1,75m desde el piso del escenario, centrada con

respecto a las paredes laterales y a 2,5m del punto del escenario más cercano a la

audiencia.

Las mediciones se realizaron con la sala vacía (ningún asiento ocupado) y

empleando el software de cálculo acústico de salas llamado Dirac. La versión del

programa fue la 2.0. Con esto se obtuvo la respuesta al impulso dentro del

auditorio para así conseguir los parámetros acústicos ya mencionados. La figura

59

47 muestra un diagrama para exponer el uso de los equipos e instrumental de

medición empleados en la obtención de la respuesta al impulso.

Figura 45. Mapeo de 16 puntos de mic sobre el área de la audiencia.

Figura 46. Ejemplo del posicionamiento del micrófono en cada punto de medición en el área de la audiencia.

1,10m

Micrófono

60

Figura 47. Ejemplo de cómo se realizaron las mediciones.

Auditorio

Dirac v2.0

La obtención de la repuesta al impulso con el Dirac, para así conseguir los valores

de los parámetros acústicos a comparar entre el auditorio real y el modelo a

escala, fue de la siguiente forma:

Dado un punto en el área de la audiencia para la colocación del micrófono y un

punto para la colocación de la fuente, se prosigue a excitar la sala con una señal

LSS (Log Sine Sweep) de 2,73seg de duración y se captura realizando un pre-

average igual a seis (Ver figura 48). A continuación el programa devuelve la

respuesta al impulso para dicha posición de captura con el micrófono (Ver figura

49). Obtenida la respuesta al impulso, el programa nos dará los valores de los

parámetros acústicos que necesitamos (para este caso EDT, T10, T20, T30, C80 y

D50), los cuales se exportan al programa Microsoft EXCEL para su posterior

análisis. Para la obtención de la respuesta al impulso dentro del modelo a escala,

se realizaron exactamente las mismas mediciones en dieciséis puntos idénticos al

del recinto actual como lo muestra la figura 45 y de la misma forma como muestra

la figura 47, a excepción de los instrumentos utilizados. A su vez, se utilizó la

función del Dirac para el escalamiento de la respuesta al impulso (Ver figura 50).

61

Figura 48. Excitación de la sala y captura de la señal utilizando el Dirac.

Figura 49. Respuesta al impulso utilizando el Dirac.

62

Figura 50. Escalamiento de la respuesta al impulso utilizando el Dirac.

63

5. DESARROLLO INGENIERIL

Finalizada le etapa de construcción del modelo y realizadas las mediciones

acústicas tanto en el auditorio como en el modelo, se elaboraron las tablas y

gráficas de cada uno de los parámetros acústicos ya mencionados para su

evaluación. Los datos que a continuación se exponen son las promediaciones de

todos los puntos de medición para un parámetro acústico en específico. Las

comparaciones se realizaron en cuatro bandas de octava, de 125Hz a 1KHz.

Para un análisis estadístico de los resultados, se obtuvieron los datos del

Coeficiente de Correlación y Prueba F.

Coeficiente de Correlación: Se utiliza para determinar la relación entre dos

propiedades.

Prueba F: Muestra la probabilidad de que las varianzas de los argumentos 1 y 2

no presenten diferencias significativas. Se utiliza para determinar si las

varianzas de dos muestras son diferentes.

El Coeficiente de Correlación se obtuvo con respecto a los datos de las

promediaciones de todos los puntos de medición para un parámetro acústico en

específico. Un ejemplo de esto lo muestra la figura 51.

La Prueba F se obtuvo con respecto a los datos de las dieciséis posiciones de

micrófono en cada frecuencia para un parámetro acústico en específico. Un

ejemplo de esto lo muestra la figura 52.

64

Figura 51. Obtención del Coeficiente de Correlación.

Figura 52. Obtención de la Prueba F.

65

A continuación se muestran los resultados para cada parámetro acústico obtenido.

Tabla 8. T10 promediado en las siete posiciones y comparación entre

el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo.

Promedio de las 16 posiciones de medición para "T10 [seg]"

FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 0,776 0,888 0,857 0,803

Modelo Escala 0,965 0,971 0,931 0,845

PRUEBA F 0,000120028 5,1148E-09 6,7109E-07 4,5059E-08

COEFICIENTE DE CORRELACÓN 0,31859173

Gráfica 1. T10 promediado en las siete posiciones y comparación entre


Promediación de las 16 posiciones "T10"

0,8030,8570,8880,776

0,965 0,971 0,931

0,845

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

125 250 500 1000Frec [Hz]

Tiem

po [S

eg]

Auditorio Modelo a Escala

66




FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 0,814 0,891 0,875 0,847

Modelo Escala 0,849 0,912 0,884 0,828

PRUEBA F 6,0002E-08 4,7324E-13 2,0178E-12 3,4464E-11





0,814

0,8910,875

0,847

0,828

0,884

0,912

0,849

0,76

0,78

0,8

0,82

0,84

0,86

0,88

0,9

0,92

125 250 500 1000Frec [Hz]

Tiem

po [S

eg]


67




FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 0,844 0,884 0,871 0,843

Modelo Escala 0,764 0,995 0,944 0,757

PRUEBA F 2,20342E-12 4,9225E-08 2,148E-10 4,2623E-14





0,843

0,8710,884

0,844

0,764

0,995 0,944

0,757

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

125 250 500 1000Frec [Hz]

Tiem

po [S

eg]


68

Tabla 11. EDT promediado en las siete posiciones y comparación entre


Promedio de las 16 posiciones de medición para "EDT [seg]"

FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 0,722 0,842 0,738 0,688

Modelo Escala 0,763 0,793 0,773 0,594

PRUEBA F 7,32594E-05 1,8433E-08 1,6026E-08 1,0113E-07


Gráfica 4. EDT promediado en las siete posiciones y comparación entre


Promediación de las 16 posiciones "EDT"

0,738

0,842

0,722

0,688

0,763

0,793

0,773

0,594

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

125 250 500 1000Frec [Hz]

Tiem

po [S

eg]


69

Tabla 12. C80 promediado en las siete posiciones y comparación entre


Promedio de las 16 posiciones de medición para "C80 [dB]"

FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 5,29 4,81 6,54 7,67

Modelo Escala 4,24 4,40 6,05 6,61

PRUEBA F 4,56669E-05 0,03623136 0,50407761 0,26546861


Gráfica 5. C80 promediado en las siete posiciones y comparación entre


Promediación de las 16 posiciones "C80"

5,29 4,81

6,54 7,67

6,61

6,05

4,404,24

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

125 250 500 1000Frec [Hz]

Niv

el [d

B]


70

Tabla 13. D50 promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo.

Promedio de las 16 posiciones de medición para "D50 [-]"

FRECUENCIA [Hz] 125 250 500 1000

Auditorio 0,53 0,55 0,68 0,73

Modelo Escala 0,43 0,58 0,62 0,66

PRUEBA F 0,10988983 0,95333302 0,2842884 0,00030585


Gráfica 6. D50 promediado en las siete posiciones y comparación entre el auditorio y el modelo a escala 1:16 del mismo.

Promediación de las 16 posiciones "D50"

0,53 0,55

0,68 0,73

0,66

0,62

0,58

0,43

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

125 250 500 1000Frec [Hz]

Def

inic

ión

D50

[-]


Los resultados confirman que es posible la simulación acústica de recintos

cerrados tales como auditorios, salas de concierto y teatros, entre otros, por medio

de la construcción de modelos a escala de estos y llevando a cabo las mediciones

acústicas pertinentes para su evaluación y análisis, y así tener un conocimiento

(no totalmente exacto como ciertos tipos de simulaciones) del comportamiento

acústico del diseño de salas antes de ser construidas en su tamaño real.

71

6. CONCLUSIONES

Según los resultados obtenidos, se puede ver claramente que existe un gran

nivel de correlación entre cada uno de los parámetros acústicos investigados en

el modelo real y aquellos del modelo a escala. Esto significa que, aunque los

valores no son exactamente iguales, se halló un gran parentesco en el

comportamiento de los datos según su valor con respecto a las frecuencias.

En cuanto al tiempo necesario para la elaboración de tales proyectos acústicos,

y su exactitud en cuanto a la simulación vs. la realidad, es preferible la

utilización del software adecuado para el diseño y simulación acústica de

recintos.

Los modelos a escala si son de gran ayuda en el momento que se desee

diseñar o evaluar la acústica de un determinado espacio arquitectónico cuando

este se encuentra en etapa de diseño antes de ser construido. Al momento de

trabajar en el diseño, construcción y simulación acústica asistida por modelos a

escala desde un punto de vista experimental, se debe contar con la paciencia,

tiempo y motivación necesarias para las prácticas de prueba y error a la hora de

realizar las mediciones acústicas para su posterior comparación.

Para un mejor manejo de materiales en la construcción de los modelos

acústicos a escala, es preferible la construcción de una cámara reverberante a

escala para así poder establecer una lista de coeficientes de absorción de los

mismos.

No es necesaria la exactitud del modelo a escala en cuanto a la reproducción

totalmente detallada de ciertos parámetros físicos. Por ejemplo esto hace

referencia, en este caso, a la característica física de las paredes del auditorio.

72

Las paredes son en concreto y muestran una textura verdaderamente áspera, a

pesar de esto, se simularon utilizando madera de tipo MDF pintada.

73

7. RECOMENDACIONES

Se debe tomar muy en cuenta los equipos de medición dentro de los modelos

con respecto a la escala de reducción a utilizar. Hay que recordar que las

frecuencias de estudio en la maqueta se obtienen de multiplicar las frecuencias

a analizar en el recinto real por el grado de la escala reducida.

Hay que tener muy en cuenta la escala con la que se va a trabajar el modelo de

simulación. Esto implica la facilidad o no de su traslado y es directamente

proporcional a los costos de elaboración.

Para un mejor escalamiento y eficacia al momento de realizar las mediciones no

se precisa esencialmente de un parlante reducido en escala sino algún tipo de

dispositivo electrónico capaz de producir una “chispa” al antojo del usuario y de

magnitud variable.

74

BIBLIOGRAFÍA

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Queen Elizabeth Theatre -

www.aesvancouver.org/gallery/QueenElizabethTheatre

Royal Festival Hall - www.rfh.org.uk

Salford Acoustics Audio and Video - www.acoustics.salford.ac.uk

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Sociedad Española de Acústica - www.ia.csic.es/Sea/index.html

Tascam - www.tascam.com

Teatro degli Arcimboldi, Milano - www.teatroarcimboldi.org

YMEC software, Yoshimasa Electronic Inc. - www.ymec.com/eg.htm

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MODELOS A ESCALA EN ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA: …