Antena de bocina

5. Antena de bocina

6. Antena de bocina

7. Antena de bocina

8. A. Campos sonoros directo, reflejado y reverberante B. Reverberación

13. Acústica Aunque la acústica es la ciencia que estudia el sonido en general, últimamente se relaciona con el estudio arquitectónico de espacios para escuchar música, discursos, etc. El sonido es el resultado de pequeñas variaciones de presión atmosférica que se producen con gran rapidez. Estas variaciones rápidas de presión se propagan en el aire en forma de ondas sonoras a una velocidad de 345 m/s, aunque esta velocidad varía en función de algunos parámetros, sobre todo de la temperatura. Las ondas sonoras tienen dos características principales: la frecuencia y la amplitud. - la frecuencia mide la rapidez con que se producen las variaciones de presión. Si por ejemplo hablamos de un sonido que tiene una frecuencia de 1.000 Hz, queremos decir que se producen 1.000 variaciones de presión por segundo. - la amplitud nos indica la magnitud de estas variaciones de presión. Si la amplitud es grande oiremos un sonido fuerte y si es pequeña, un sonido flojo. Como el margen de amplitudes es muy amplio (desde 0,00002 Nw/m2) hasta 100.000 Nw/m2) se emplea una escala comprimida para que sea más manejable. Así pues mediremos la amplitud en decibelios (dB). Para entender bien cómo se comporta el sonido dentro de una sala cerrada, también se introduce el concepto de longitud de onda. Se conoce como longitud de onda al espacio necesario para que una onda sonora realice un ciclo completo. Es decir, la distancia necesaria para que la presión aumente ligeramente por encima del valor de la presión atmosférica, disminuya a continuación hasta un valor inferior al de la presión atmosférica y aumente nuevamente hasta ese mismo valor. El número de veces que se repite este ciclo en un segundo es precisamente la frecuencia de la onda. Teniendo en cuenta que el rango de frecuencias que un ser humano puede percibir está comprendido entre 20 Hz y 20.000 Hz, las longitudes de onda para estas frecuencias audibles límite son 1,7 cm para la más alta y 17,25 m para la más baja. La diferencia es muy considerable y las consecuencias acústicas muy importantes. En primer lugar, los objetos que se encuentran en el camino de una onda sonora, representan un obstáculo sólo si su tamaño es bastante mayor que su longitud de onda. Es por eso por lo que las ondas de sonidos agudos (las de mayor frecuencia) se ven seriamente afectadas por cualquier objeto medianamente grande mientras que las de los sonidos graves apenas se ven obstaculizadas.

14. Otra consecuencia importante es que cuanto más alta es la frecuencia más tenderá a comportarse frente a las superficies planas como un rayo de luz frente a un espejo. Esto es, que la onda se reflejará en las paredes, suelo y techo. Si la reflexión es importante, la calidad del sonido se verá muy afectada. Aunque parece que sólo los sonidos agudos se ven afectados, los graves también tienen un problema muy común. Cuando la longitud de onda se aproxima a la distancia entre las paredes o entre el suelo y el techo, se produce un fenómeno llamado resonancia. En estas circunstancias, la habitación se comporta como la caja de un tambor favoreciendo determinadas frecuencias. Lamentablemente la mayoría de las salas domésticas tienen dimensiones que están dentro del rango audible por lo que la calidad del sonido se verá afectada. Cada habitación tiene unas características acústicas propias que vienen determinadas por su forma, volumen y capacidad para disipar la energía acústica. Como hemos dicho, la calidad de escucha se ve afectada por las resonancias, que afectan a las frecuencias graves, y por las reflexiones, que afectan a las frecuencias medias y altas. Estas características hacen que cada sala tenga una huella acústica que la hace diferente de las demás. Es por ello que la compra de un equipo de alta fidelidad o de cine en casa de la máxima calidad no garantiza la mejor calidad de sonido sino que la acústica de la sala y la colocación de los altavoces son elementos primordiales.

15. El Palau de la Música

17. Fenómenos en la propagación del sonido

18. 1. Reflexión del sonido Una onda se refleja cuando topa con un obstáculo que no puede traspasar ni rodear. El tamaño del obstáculo y la longitud de onda determinan si una onda rodea el obstáculo o se refleja en la dirección de la que provenía.Si el obstáculo es pequeño en relación con la longitud de onda, el sonido lo rodeará (difracción), en cambio, si sucede lo contrario, el sonido se refleja (reflexión). Si la onda se refleja, el ángulo de la onda reflejada es igual al ángulo de la onda incidente, de modo que si una onda sonora incide perpendicularmente sobre la superficie reflejante, vuelve sobre sí misma. La reflexión no actúa igual sobre las altas frecuencias que sobre las bajas. La longitud de onda de las bajas frecuencias es muy grande (pueden alcanzar los 18 metros), por lo que son capaces de rodear la mayoría de obstáculos; en cambio las altas frecuencias no rodean los obstáculos por lo que se producen sombras detrás de ellos y rebotes en su parte delantera.

19. Fenómenos relacionados con la reflexión ▪ Las ondas estacionarias. Una onda estacionaria se produce por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje. Dependiendo cómo coincidan las fases de la onda incidente y de la reflejada, se producirán modificaciones en el sonido (aumenta la amplitud o disminuye), por lo que el sonido resultante puede resultar desagradable. En determinadas circunstancias, la onda estacionaria puede hacer que la sala entre en resonancia. ▪ El eco. La señal acústica original se ha extinguido, pero aún no es devuelto el sonido en forma de onda reflejada. El eco se explica por que la onda reflejada nos llega en un tiempo superior al de la persistencia acústica. ▪ La reverberación. Se produce reverberación cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del oído.

20. Reflexión especular y difusa

21. Eco El eco es un fenómeno relacionado con la reflexión del sonido. La señal acústica original se ha extinguido, pero aún devuelve sonido en forma de onda reflejada. Se produce eco cuando la onda sonora se refleja perpendicularmente en una pared. Para que se produzca eco, la superficie reflectante debe estar separada del foco sonoro una determinada distancia: 17 m para sonidos musicales y 11,34 m para sonidos secos, lo que se debe a la persistencia acústica. El oído puede distinguir separadamente sensaciones que estén por encima del tiempo de persistencia acústica, que es 0,1 s para sonidos musicales y 0,07 s para sonidos secos (palabra). Por tanto, si el oído capta un sonido directo y, después de los tiempos de persistencia especificados, capta el sonido reflejado, se apreciará el efecto del eco.

22. Reverberación La reverberación es un fenómeno derivado de la reflexión del sonido consistente en una ligera prolongación del sonido una vez que se ha extinguido el original, debido a las ondas reflejadas. Estas ondas reflejadas sufrirán un retardo no superior a 50 milisegundos, que es el valor de la persistencia acústica, tiempo que corresponde, de forma teórica, a una distancia recorrida de 17 metros a la velocidad del sonido (el camino de ida y vuelta a una pared situada a 8'5 metros de distancia). Cuando el retardo es mayor ya no hablamos de reverberación, sino de eco. En un recinto pequeño la reverberación puede resultar inapreciable, pero cuanto mayor es el recinto, mejor percibe el oído este retardo o ligera prolongación del sonido. Para determinar cómo es la reverberación en un determinado recinto se utiliza una serie de parámetros físicos, uno de ellos es conocido como tiempo de reverberación.

23. Eco y reverberación

24. 2. Refracción del sonido Es la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente. A diferencia de lo que ocurre en el fenómeno de la reflexión, en la refracción, el ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia. La refracción se debe a que al cambiar de medio, cambia la velocidad de propagación del sonido. La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las características de este no son homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o disminuye la temperatura. (Ejemplo: Sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.)

25. Refracción óptica e índice de refracción La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia y su velocidad en el medio de que se trate.

26. 3. Difracción del sonido Hablamos de difracción cuando el sonido en lugar de seguir en la dirección normal, se dispersa. La explicación la encontramos en el Principio de Huygens que establece que cualquier punto de un frente de ondas es susceptible de convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idénticas a la que lo originó. De acuerdo con este principio, 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.

27. Causas de la difracción 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.

28. Influencia de los obstáculos en la difracción del sonido línea azul representa la difracción; la verde, la reflexión y la marrón, refracción La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la abertura o del obstáculo y de la longitud de onda. Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño. La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz. Cuando el tamaño de la abertura es considerable en comparación con la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura.

31. Propagación en recintos

32.  Epidauro, Grecia Side, Asia Menor 

33. Propagación en recintos abiertos y cerrados Campos sonoros creados en recintos abiertos y cerrados; en estos últimos aparecen paredes y otros objetos que absorben y reflejan nuevamente la onda sonora al recinto, de manera que, en un punto cualquiera, el sonido no llega sólo de la fuente sonora sino también de las paredes y los otros objetos que lo reflejan. Un campo sonoro es la región del espacio perturbado por las ondas sonoras. Un recinto abierto es aquél en el que no existen trabas para la propagación; es, por tanto, un área en la que no hay reflexiones; por el contrario, en un recinto cerrado aparecen paredes y otros objetos que absorben y reflejan nuevamente la onda sonora al recinto, de manera que, en un punto cualquiera, el sonido no llega sólo de la fuente sonora, sino también de todos aquellos puntos que lo reflejan.

34. La huella acústica de cada recinto Las longitudes de onda correspondientes a las frecuencias audibles están comprendidas entre 1,7 cm para la más alta y 17,25 m para la más baja. La diferencia es muy considerable y las consecuencias acústicas muy importantes. ▪ En primer lugar, los objetos que se encuentran en el camino de una onda sonora, representan un obstáculo sólo si su tamaño es bastante mayor que su longitud de onda. Es por eso por lo que las ondas de sonidos agudos (las de mayor frecuencia) se ven seriamente afectadas por cualquier objeto medianamente grande mientras que las de los sonidos graves apenas se ven obstaculizadas. ▪ Otra consecuencia importante es que cuanto más alta es la frecuencia más tenderá a comportarse frente a las superficies planas como un rayo de luz frente a un espejo. Esto es, que la onda se reflejará en las paredes, suelo y techo. Si la reflexión es importante, la calidad del sonido se verá muy afectada. ▪ Aunque parece que sólo los sonidos agudos se ven afectados, los graves también tienen un problema muy común. Cuando la longitud de onda se aproxima a la distancia entre las paredes o entre el suelo y el techo, se produce un fenómeno llamado resonancia. En estas circunstancias, la habitación se comporta como la caja de un tambor favoreciendo determinadas frecuencias. Lamentablemente la mayoría de las salas domésticas tienen dimensiones que están dentro del rango audible por lo que la calidad del sonido se verá afectada. ▪ Cada habitación tiene unas características acústicas propias que vienen determinadas por su forma, volumen y capacidad para disipar la energía acústica. Como hemos visto la calidad de escucha se ve afectada por las resonancias, que afectan a las frecuencias graves, y por las reflexiones, que afectan a las frecuencias medias y altas. Estas características hacen que cada sala tenga una huella acústica que la hace diferente de las demás. Es por ello que la compra de un equipo de alta fidelidad o de cine en casa de la máxima calidad no garantiza la mejor calidad de sonido sino que la acústica de la sala y la colocación de los altavoces son elementos primordiales.

35. 1) influencia de la distancia La distancia del oyente hace que varíe la percepción sonora respecto a otro oyente que está más cerca. En el ejemplo del dibujo se supone un guitarrista que emite sonidos con una potencia sonora tal que el oyente situado a 7 m los reciba con una sensación de 80 fonios. Esos mismos sonidos, a 70 m, se han atenuado 20 dB pero la sensación sonora para este segundo oyente no es igual para ambas frecuencias. Esto es algo que debe tener en cuenta el diseñador de auditorios.

36. 2) influencia de las reflexiones Si en un recinto cerrado se producen reflexiones, la persona que escucha recibe la onda directa y una o más ondas reflejadas, con distinta amplitud y distinta fase cada una de ellas, y con un retraso variable en la recepción. Las reflexiones producidas dependen de tres factores: • de la porosidad y capacidad de absorción del material con el que chocan las ondas • del tamaño del objeto que provoca la reflexión, en relación con la longitud de onda del sonido • del ángulo de incidencia de la onda sonora sobre el material del obstáculo

37. La onda reflejada produce perturbaciones en la onda directa y puede llegar a anularla si sus intensidades son iguales y las fases contrarias.

38. Posibilidad de interferencias

39. Posibilidad de reflexiones múltiples

40. Consecuencia de las reflexiones múltiples Los sonidos que se reflejan en un recinto llegan al oyente con distinta amplitud y retrasados en el tiempo, por lo que pueden ser muy perjudiciales para la correcta audición.

41. Posibilidad de reverberación Si las reflexiones desde diversas superficies del recinto llegan con niveles de intensidad decrecientes y a intervalos del orden de las milésimas de segundo, la onda directa se superpone parcialmente a las reflejadas, lo que da lugar a una pérdida considerable de nitidez, denominada retumbo oreverberación.

43. Reverberación y tiempo de reverberación

44. El tiempo de reverberación se define como el tiempo que se requiere para que un sonido disminuya hasta una millonésima de su valor inicial, es decir, descendiendo éste 60 dB

46. La reverberación puede ser beneficiosa o perjudicial para la audición, según la intensidad y la naturaleza del sonido. Debe evitarse en las salas destinadas a reuniones o espectáculos, tales como teatros, pabellones deportivos, aulas, iglesias..., puesto que una reverberación excesiva haría incomprensibles los diálogos. Sin embargo, la reverberación es aprovechada en otro tipo de recintos como son los destinados a la reproducción musical. Por ejemplo, en un auditorio de música orquestal un determinado nivel de reverberación es agradable al oído por la sensación de grandiosidad que le transmite a la música.

47. Algunos tiempos de reverberación recomendados

48. Tiempos de reverberación recomendados

49. Tiempos de reverberación de algunos auditorios mundialmente famosos

50. El mismo sonido propagándose en recintos con distinta reverberación