Acondicionamiento acstico del aula 105

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CAPTULO 3: ACONDICIONAMIENTO ACSTICO

3.1 INTRODUCCIN

El acondicionamiento acstico es una parte fundamental en el diseo de

salas, concretamente en las aulas. Cuando las aulas no poseen un

acondicionamiento acstico apropiado, el docente tiene que elevar la voz para que

llegue hasta las ltimas filas, lo que a la larga conduce a la irritacin de las

cuerdas vocales y los alumnos, a su vez, tienen que esforzarse para escuchar.

Todo esto trae consigo fatiga, estrs, en definitiva, falta de confort acstico.

El acondicionamiento acstico engloba todas aquellas tcnicas destinadas

a corregir y adecuar el campo sonoro en el interior de una sala, con el fin de lograr

los objetivos acsticos deseados.

Para acondicionar acsticamente una sala se necesita previamente conocer

su comportamiento sonoro. Para ello, se recurre a programas de simulacin

acstica, que facilitan un anlisis detallado del campo sonoro en el interior de la

sala, proporcionando parmetros acsticos y auralizaciones.

Podemos distinguir dos tipos de acondicionamiento:

Acondicionamiento primario:

Es aquel que se aplica durante la fase de diseo, antes de la construccin

de la sala. As, mediante programas de simulacin acstica es posible analizar el

efecto que tiene la utilizacin de distintos materiales de construccin y seleccionar

cules son los ms idneos. Y tambin, se puede variar la geometra y el volumen

de la sala para que se adapte a los requisitos acsticos: tiempo de reverberacin

ptimo, eliminacin de ecos, etc.

Acondicionamiento secundario:

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Este acondicionamiento se aplica como correccin a un modelado

incorrecto, es decir, la sala ya ha sido edificada. Y consiste en la aplicacin de

materiales de acondicionamiento: absorbentes, resonadores, reflectores y

difusores. Las soluciones que se adopten dependern del defecto que se trate de

eliminar o, al menos, reducir. Con este acondicionamiento mejorarn las

condiciones acsticas del recinto, pero los resultados no sern tan ptimos como

los conseguidos con el acondicionamiento primario.

En los siguientes apartados analizaremos ambos tipos de

acondicionamiento.

3.2 EFECTO DE LA GEOMETRA DE LA SALA

Un diseo adecuado de la geometra de la sala es esencial para un buen

acondicionamiento acstico.

La inclinacin del techo, la forma de la planta, la disposicin de los oyentes

respecto a la fuente, el volumen de la sala, etc., son determinantes para conseguir

unas condiciones acsticas adecuadas.

La eleccin de una forma determinada en el caso de las aulas, depender

de s sta permite que todos los alumnos, incluidos los de la ltima fila, disfruten

de una buena inteligibilidad de la palabra, que ninguno padezca ni ecos, ni

focalizaciones, ni ninguna otra anomala acstica comentada. Tampoco deben

existir zonas de sombra (ausencia o debilitamiento acusado del sonido)

localizadas sobre los alumnos.

La inteligibilidad de la palabra se consigue aumentando el nmero de

primeras reflexiones en aquellas zonas donde el sonido directo llega ms dbil.

stas pueden proceder de las paredes laterales o del techo. Si la sala es estrecha

las reflexiones laterales alcanzarn tambin a los pupitres centrales, pero sino

stos puntos debern ser reforzados de otra manera. El techo es la otra fuente de

reflexiones, aunque su efecto depende de su inclinacin.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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En las siguientes grficas vemos tres orientaciones distintas del techo:

Figura 3.1: Influencia de la inclinacin de los techos en la propagacin del sonido.

En las tres salas se trazaron dos rayos, que cubren la parte ms alejada de

la fuente al reflejarse en el techo.

Observamos que los rayos de menor longitud (menor retardo) corresponden

a la sala b, siendo los de la sala a, los de mayor longitud (mayor retardo). Por

tanto, como las reflexiones tiles (integradas con el sonido directo) son las

recibidas dentro de los primeros 50 ms, la sala que mejor cumple este requisito es

la sala b. Adems, en esta sala, el nivel de las primeras reflexiones en la zona

posterior es alto, debido a la proximidad del techo. Esto mejora notablemente la

claridad de voz y la inteligibilidad de la palabra en dicha zona.

Por otra parte, la distribucin de los alumnos en el aula es tambin decisiva

para tener una buena inteligibilidad de la palabra.

En la siguiente grfica se muestra el modelo ideal para tener, no slo una

buena visibilidad desde cualquier posicin, sino tambin alcanzar niveles sonoros

aceptables y, por tanto, una buena inteligibilidad incluso en las ltimas filas.

Figura 3.2: Modelo ideal para evitar el Seat-dip.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Esta inclinacin del plano donde se sitan los pupitres, permite evitar el

efecto seat-dip, que se origina cuando la incidencia es rasante (ngulos de

incidencia pequeos) y que es el responsable de fuertes atenuaciones en

frecuencias bajas y medias. El mnimo ngulo que se recomienda es de 15 y el

mximo, por razones de seguridad, es de 35.

Adems, tendremos que evitar:

La colocacin de paredes paralelas, lisas y altamente reflectantes para

prevenir la aparicin de ecos flotantes.

Situar la pared posterior a una distancia superior a 8.5 metros de la fuente

y si esto no es posible, procurar que sea lo ms absorbente posible para evitar la

aparicin de ecos.

La presencia de superficies cncavas que puedan originar focalizaciones

del sonido.

Emplear superficies planas, lisas y reflectantes de grandes dimensiones

para aumentar las primeras reflexiones, pues pueden causar coloraciones del

sonido. Si no es posible evitar su uso, dar cierta convexidad a las superficies

problemticas.

Por ltimo, hay que destacar que el volumen de la sala es otro factor muy

importante a tener en cuenta. Y est ntimamente relacionado con el tiempo de

reverberacin (TR).

Como ya sabemos, el valor recomendado de TR para las aulas est

comprendido entre 0.7 y 1 segundos. Pero segn sea el volumen del recinto,

necesitaremos un acondicionamiento acstico ms o menos riguroso para

alcanzar dichos valores. As, a medida que aumenta el volumen tendremos que

aumentar tambin la superficie de material absorbente para que el tiempo de

reverberacin no aumente proporcionalmente.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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En las siguientes dos grficas se muestra la variacin del volumen y del

tiempo de reverberacin para distintos valores del coeficiente medio de absorcin.

La primera de ellas es una visualizacin tridimensional que muestra la relacin

entre estos tres parmetros. La segunda grfica slo muestra la variacin del

volumen y del tiempo de reverberacin.

Ambas grficas se obtuvieron aplicando la frmula del tiempo de

reverberacin de Sabine (ecuacin 3-6), prescindiendo de la absorcin del aire y

variando el coeficiente medio de absorcin entre 0 y 1.

Figura 3.3: Vista 3D de la relacin entre TR y el volumen para distintos medios de absorcin.

Figura 3.4: Variacin de TR y del volumen para distintos

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Comprobamos que para un valor fijo del coeficiente medio de absorcin, el

tiempo de reverberacin permanece prcticamente constante a partir de un

volumen determinado.

Tambin se advierte que para coeficientes de absorcin muy pequeos,

slo aparecen unos pocos puntos. Esto es debido a la baja absorcin hace

aumentar el tiempo de reverberacin y slo los volmenes pequeos poseen

valores de TR comprendidos en el margen representado.

Algunas de las variantes geomtricas comentadas en este apartado, sern

aplicadas en la simulacin de las aulas nuevas de la segunda fase de la ETSI de

Sevilla.

3.3 MATERIALES DE ACONDICIONAMIENTO

Dependiendo de los objetivos acsticos que persigamos, tendremos que

utilizar uno u otro material:

Materiales absorbentes: para minimizar la reverberacin de la sala.

Resonadores: para disminuir la reverberacin en determinadas

frecuencias.

Reflectores: para aumentar el nmero de primeras reflexiones enfocadas

hacia el pblico.

Difusores: para conseguir una difusin del sonido ms uniforme.

En nuestro caso, se descarta el uso de resonadores, ya que no hay una

frecuencia sobre la que se tenga que actuar especialmente. Y como en todo el

aula se aprecia una difusin del sonido mas que aceptable, sin existir zonas

muertas, no se hace necesario el uso de difusores. Por lo que slo emplearemos

materiales absorbentes, ya que el uso de los reflectores podra hacer que la

inteligibilidad de la palabra se vea afectada.

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3.3.1 MATERIALES ABSORBENTES

Aunque todos los materiales tienen asociada una determinada capacidad

de absorcin, como pueden ser: los materiales bsicos de las paredes, techos y

suelos, las superficies vibrantes como ventanas, puertas o tabiques separadores,

el pblico y las sillas, etc., se denominan materiales absorbentes a aquellos

usados especficamente como revestimiento del interior de un recinto, para

aumentar la absorcin del sonido con al menos uno de los siguientes objetivos:

Reducir el nivel del campo reverberante, en ambientes excesivamente

ruidosos.

Optimizar el tiempo de reverberacin segn la aplicacin a la que se

dedique el recinto.

Eliminar o prevenir la aparicin de ecos.

Adems, estos materiales, al absorber la energa sonora incidente, mejoran

los resultados de los materiales propiamente aislantes.

Generalmente, son materiales porosos de estructura fibrosa o granular,

constituidos bsicamente de lana de vidrio, lana mineral, espuma a base de resina

de melamina o espuma de poliuretano.

El mecanismo de absorcin es el siguiente:

Cuando la onda sonora incide sobre estos materiales, una parte de la

energa es reflejada y el resto penetra en su interior, a travs de sus poros. Una

vez dentro, la presin sonora pone en movimiento las partculas de aire que se

encuentran en los espacios huecos del material. Este flujo de aire interno es el

responsable de la disipacin de la energa sonora en forma de calor, debido al

rozamiento con las capas slidas del material.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Cuantas ms veces se haga pasar la onda sonora a travs de estos

materiales, mayor ser la atenuacin que experimente. Por eso, se suelen colocar

sobre las paredes lmites del recinto que se pretende acondicionar. As, la porcin

de energa que atraviesa completamente el material, es reflejada hacia el mismo

por la pared interior, donde nuevamente es absorbida.

La capacidad de absorcin de estos materiales porosos se mide por medio

del denominado coeficiente de absorcin, , que mide la relacin entre la energa

absorbida y la incidente. Suelen ser proporcionados por el fabricante de dichos

materiales para las 6 bandas de octava: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 Hz. Y a

veces, tambin para las bandas centradas en 63 y 8000 Hz.

Vemos, pues, que depende de la frecuencia. Generalmente, en estos

materiales suele aumentar con la misma. De modo que, segn sean nuestras

necesidades de absorcin, deberemos seleccionar uno u otro material.

Por otra parte, las caractersticas de absorcin no slo dependen de cul

sea el valor de , sino que hay otros factores muy influyentes, como:

El espesor del material.

La distancia del material a la pared.

El grado de porosidad del material.

La densidad del material.

La colocacin.

a) Absorcin segn el espesor del material:

Si llamamos D al espesor del material absorbente, a medida que

aumentamos D, la absorcin aumentar, puesto que la onda sonora permanecer

ms tiempo dentro del material y la disipacin de energa ser mayor. Sin

Acondicionamiento acstico del aula 105

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embargo, esto es cierto para aquellas frecuencias que no cumplen la siguiente

condicin:

'

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absorcin sea mxima para un amplio rango de frecuencias, tendremos que elegir

un espesor tal que la frecuencia mnima cumpla que:

,...5,3,1/4

4

=== kf

ckkD

(3. 2)

Donde c es la velocidad de propagacin del sonido, que vale 345 m/s en el

aire.

Por otra parte, si el espesor del material es lo suficientemente pequeo, sus

coeficientes de absorcin presentarn una sucesin peridica de mximos y

mnimos, respecto a la frecuencia.

b) Absorcin segn la distancia entre el material y la pared:

Consiste en colocar el material absorbente a la distancia a la que la

velocidad del flujo de aire es mxima, esto es, a una distancia de /4. De este

modo, sin incrementar el grosor del material, se consigue maximizar la absorcin

para una frecuencia escogida y que verifica que d=c/4f.

Esto se suele aplicar cuando se quiere aumentar la absorcin en bajas

frecuencias sin aumentar excesivamente el grosor del material absorbente. Sin

embargo, tiene el inconveniente de que la absorcin disminuye para las

frecuencias ms altas.

Y si el espesor es lo suficientemente pequeo, la absorcin flucta entre

mximos y mnimos, segn sea la frecuencia:

( )Maximok

d

ckf =

+= ,...2,1,0/

4

12 (3. 3)

( )Minimok

d

ckf == ,...2,1,0/

2

2 (3. 4)

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Como esto no es deseable, se suele colocar el material absorbente en

zigzag a lo largo de la pared tratada. De este modo, presenta una distancia

variable que suaviza su respuesta de absorcin en frecuencia. Esto es tanto ms

efectivo, cuanto mayor sea el fruncido que se aplique en el material.

Por ltimo, mencionar que lo anterior es vlido si la distancia del material

absorbente a la pared es pequea. Para distancias mayores se deben considerar

los espacios previos y posteriores al material como si se tratasen de dos

cavidades acopladas.

c) Absorcin segn la porosidad del material:

Un aumento de la porosidad del material conlleva una mayor absorcin, ya

que la porcin de energa sonora que penetra en el material es mayor.

Este efecto se produce para todas las frecuencias.

d) Absorcin segn la densidad del material:

Aumentando la densidad del material absorbente, conseguimos aumentar

su capacidad de absorcin. Pero existe un valor mximo, a partir del cual la

absorcin empieza a disminuir. Este mximo se encuentra entre 40 y 70 Kg/m3,

no siendo aconsejable superar los 100 Kg/m3.

La explicacin de esto est en que la disipacin de energa sonora en forma

de calor, se produce cuando el flujo de aire interno choca con las capas slidas del

material. Por tanto, aumentando la densidad, aumentamos la presencia de estas

capas y por tanto, el rozamiento es mayor y, consecuentemente, tambin la

absorcin. Sin embargo, si el nmero de capas se hace excesivamente grande,

disminuye la porosidad del material y la energa incidente ser reflejada en su

mayora. De ah, que la absorcin vuelva a disminuir.

e) Absorcin con paneles suspendidos del techo:

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Hasta ahora se ha analizado el comportamiento de los materiales

absorbentes colocados paralelamente a la pared. Sin embargo, a veces se

dispone de poca superficie tratable respecto al grado de absorcin que se necesita

conseguir. En estos casos, se recurre a colgar del techo paneles de material

absorbente. Se aplican, generalmente, en recintos de dimensiones grandes o

medias y de ambiente ruidoso: fbricas, comedores, polideportivos, etc.

Para terminar, hay que destacar que todos los materiales absorbentes se

deben cubrir con materiales especficos con las siguientes finalidades:

Para protegerlos de posibles daos externos.

Para que no suelten sustancias perjudiciales para la salud.

Por esttica.

Sin embargo, siempre debe dejarse la superficie porosa accesible desde el

exterior, sino su principal caracterstica (capacidad de absorcin) se perdera.

3.3.2 RESONADORES

Los resonadores son absorbentes selectivos, cuyo coeficiente de absorcin

presenta un mximo en la denominada frecuencia de resonancia.

Dicha frecuencia estar determinada por la estructura y las propiedades de

los materiales que componen el resonador.

Su uso permite recortar la respuesta de la sala en determinadas frecuencias

para reducir su tiempo de reverberacin. Aunque es habitual utilizarlos como

complemento de los materiales absorbentes, con el fin de lograr un mayor

aumento de la absorcin en bajas frecuencias ( 500 Hz).

Podemos distinguir 4 tipos de resonadores:

De membrana o diafragmtico.

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Simple de cavidad.

Mltiple de cavidad a partir de paneles perforados o ranurados.

Mltiple de cavidad a base de listones.

a) Resonador de membrana o diafragmtico:

Es una cavidad formada por un panel no poroso, pero flexible, como la

madera, colocado a una distancia d de una pared rgida.

Figura 3.6: Resonadores de membrana.

Dicha cavidad, generalmente ocupada por aire, permite que el panel vibre

cuando la onda sonora incide sobre l. De este modo, la energa reflejada es

menor que si incidiese directamente sobre la pared, puesto que parte de ella se

disipa en forma de calor, como consecuencia de la vibracin generada.

La frecuencia a la que la vibracin es mxima, se denomina frecuencia de

resonancia f0 y es especfica de cada resonador.

Se ha comprobado que la variacin de la absorcin con la frecuencia tiene

forma de campana de Gauss centrada en f0.

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Segn las caractersticas del material que ocupa la cavidad (0c) y la

resistencia del panel al flujo de aire (rs = relacin entre la diferencia de niveles a

ambos lados del panel y la velocidad del flujo que lo atraviesa), tendremos una

campana de Gauss ms o menos estrecha:

rs

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Figura 3.7: Resonador simple de cavidad.

La masa de aire que se encuentra en el hueco de la pared est sometida a

un diferencial de presin, cuando la onda sonora incide sobre ella, comportndose

como el panel del resonador de membrana. Mientras que el aire contenido en la

cavidad ofrece la resistencia que conduce a la disipacin de energa.

Al igual que el resonador anterior, presenta una curva de absorcin con un

mximo en la frecuencia de resonancia, que generalmente se encuentra por

debajo de 250 Hz.

Si la cavidad est vaca, es decir, slo contiene aire, su absorcin es muy

selectiva en frecuencia. Sin embargo, si se rellena con algn material absorbente,

la curva de absorcin se suaviza, aumentando la absorcin en un rango de

frecuencias ms amplio, a costa de tener una menor absorcin en la frecuencia de

resonancia.

Su aplicacin es la misma que la del resonador de membrana: aumentar la

absorcin en una determinada banda de bajas frecuencias. Pero, dado que la

superficie que ocupa es demasiado pequea en comparacin con el espacio que

debe tratarse (paredes o techos), es habitual colocar una sucesin de resonadores

simples de cavidad en serie, distribuidos sobre la superficie cuya absorcin

pretende aumentarse.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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En la siguiente figura se aprecia un ejemplo de este tipo de resonador.

Figura 3.8: Resonador simple de cavidad, utilizado en el acondicionamiento de la filarmnica

de Berln.

Su forma permite, adems de aumentar la absorcin en bajas frecuencias,

mejorar la difusin del sonido incrementando las reflexiones en distintas

direcciones.

Tambin, suele utilizarse para eliminar los modos propios de la sala,

evitando as el efecto de la coloracin del sonido.

c) Resonador mltiple de cavidad (Helmholtz) mediante paneles perforados:

Se forma, al igual que el resonador de membrana, colocando un panel no

poroso a una distancia d de la pared, quedando entre ambos una cavidad rellena

de aire. La diferencia radica en que el panel ahora es rgido y presenta una serie

de perforaciones circulares o de ranuras (rectangulares). Se suele escoger como

material para el panel: madera, cartn-yeso, chapa metlica o ladrillo.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Figura 3.9: Resonador de Helmholtz de paneles perforados.

Debido a la presencia de estas ranuras, tambin puede verse como una

agrupacin de resonadores simples de cavidad, acoplados entre s. As que,

aunque sigue comportndose como un resonador, con mxima absorcin a la

frecuencia de resonancia, es menos selectivo que el resonador simple, por causa

del acoplamiento entre cavidades.

Una forma de aumentar la absorcin que se produce en el resonador, es

introducir en la cavidad un material absorbente. ste, har aumentar la absorcin

para todas las frecuencias, pero reducir la frecuencia de absorcin.

Tambin el lugar donde coloquemos este material absorbente va a influir en

la forma de la curva de absorcin del resonador. As, si lo ponemos justo detrs

del panel perforado, la curva ser amplia y se ir estrechando a medida que

acercamos el material absorbente a la pared rgida.

Por ltimo, destacar que para un funcionamiento eficaz como resonador, la

distancia d a la pared debe ser constante y las perforaciones o ranuras tienen que

estar uniformemente distribuidas a lo largo del panel. Si d fuese variable o la

distribucin de los agujeros no uniforme o el porcentaje de stos aumentase

excesivamente, su comportamiento se parecera ms al de un material

absorbente.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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d) Resonador mltiple de cavidad (Helmholtz), formado por listones:

Es una variante del resonador mltiple Helmholtz basado en paneles

perforados o ranurados.

La diferencia radica en que ahora los huecos por los que penetra la onda

sonora se encuentran entre listones sucesivos.

Figura 3.10: Resonador mltiple de cavidad a base de listones.

Este resonador tambin presenta en su curva de absorcin un mximo a la

frecuencia de resonancia. Y sigue el mismo comportamiento que el resonador de

paneles perforados.

3.3.3 REFLECTORES

Aunque todos los elementos son susceptibles de sufrir reflexin, en menor o

mayor grado dependiendo de su coeficiente de absorcin (mayor reflexin

menor absorcin), se denominan reflectores a aquellos elementos

especficamente diseados para generar reflexiones orientadas hacia las zonas

del pblico que necesitan ser reforzadas.

Se caracterizan por ser lisos, rgidos y no porosos, de modo que su

coeficiente de absorcin es mnimo (idealmente =0). Estas caractersticas hacen

Acondicionamiento acstico del aula 105

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que la mayor parte de la energa sonora que incide sobre ellos se refleje

concentrada en la direccin especular.

Su objetivo fundamental es aumentar la presencia de reflexiones tiles

destinadas al pblico. Entendemos por reflexiones tiles aquellas primeras

reflexiones que llegan despus del sonido directo y que son integradas con el

mismo por el odo.

En el caso de salas destinadas a la palabra, slo se consideran los

primeros 50 ms y una riqueza de primeras reflexiones implicar una inteligibilidad

y sonoridad altas.

Durante el diseo de un elemento reflector para acondicionar una sala,

tendremos que tener presente:

El fenmeno de difraccin inherente a su tamao limitado.

La aparicin de anomalas que perjudican la calidad acstica final de la

sala: ecos, focalizaciones, coloracin del sonido, etc.

La difraccin es especialmente notoria en bajas frecuencias, donde el

reflector corre el riesgo de tener unas dimensiones inferiores a la longitud de onda.

De modo que el sonido lo bordear como si no existiese.

Respecto a las anomalas mencionadas, pueden aparecer si el nivel del

sonido reflejado es demasiado alto. Este problema se soluciona consiguiendo una

buena difusin del sonido en la sala.

Podemos distinguir dos tipos de reflectores:

Reflectores planos.

Reflectores curvos.

a) Reflectores planos:

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Este tipo de reflectores es el que utilizamos en la simulacin de las aulas

nuevas. En ellas distinguimos dos situaciones distintas:

1) Aplicando slo un reflector de primer orden.

2) Reforzando al reflector de primer orden con uno de segundo orden.

El procedimiento seguido para su obtencin es el siguiente:

Partimos de una fuente de altura hf separada un metro de la pared.

a) Reflector de primer orden:

En primer lugar, se calcula la fuente imagen de primer orden. Para ello se

traza desde la fuente, una perpendicular al techo, y el punto que est del otro lado

del techo, a la misma distancia del techo que la fuente (d), es la fuente imagen.

Figura 3.11: Obtencin del reflector de primer orden.

Ahora dibujamos dos rayos desde la fuente imagen hasta los lmites de la

zona del pblico, cuya calidad acstica queremos mejorar. Los puntos de

interseccin de estas dos rectas con el techo definen el reflector ab de primer

orden.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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b) Reflector de segundo orden:

Para calcular el reflector de segundo orden, tenemos que obtener la fuente

imagen de segundo orden.

Figura 3.12: Clculo del reflector de segundo orden.

Inicialmente, se dibuja una fuente paralela a la original, al otro lado de la

pared y con su misma altura. A continuacin, se prolonga desde esta fuente

imaginaria, una perpendicular al techo. De nuevo, el punto equidistante (distancia

d) al techo es la fuente imagen, en este caso, de segundo orden.

Emitiendo dos rayos desde esta fuente imagen hasta los extremos de la

zona que queremos mejorar, encontramos los puntos que definen al reflector de

segundo orden ab.

En ambos casos, al disear el reflector se deben considerar los efectos de

difraccin que aparecern debido a sus limitadas dimensiones. En consecuencia,

la variacin respecto a la frecuencia ser la siguiente:

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Figura 3.13: Respuesta frecuencial de un reflector plano.

Donde:

( )[ ]Hz

Brs

cf A

22 cos11

+

= (3. 5)

[ ]HzA

rs

cfB

211

+

= (3. 6)

siendo:

s: distancia de la fuente al centro del reflector (m).

r: distancia del receptor al centro del reflector (m).

A: longitud del reflector (m).

B: anchura del reflector (m).

: ngulo de incidencia y de reflexin sobre el reflector.

C: velocidad del sonido (345 m/s a 22C).

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Figura 3.14: Esquema del reflector.

Por tanto, slo para frecuencias superiores a fB, el reflector se comporta de

forma ptima.

Dado que interesa que el reflector se comporte como tal en el mayor rango

de frecuencias posible, es conveniente reducir las frecuencias fA y fB. De la

observacin de sus expresiones se deduce que stas disminuirn cuando decrece

la distancia entre el reflector y los receptores o cuando el ngulo de incidencia

es pequeo. Tambin se consigue reducir fA y fB aumentando las dimensiones del

reflector (A y B). Por tanto, interesan reflectores prximos al pblico, lo que ya

conlleva reflectores de tamaos considerables, puesto que el pblico suele ocupar

un rea grande.

Sin embargo, reflectores de dimensiones excesivamente grandes tienen la

desventaja de que pueden aparecer anomalas (coloracin del sonido,

ambigedad en la localizacin de la fuente, etc.), como consecuencia de la

aparicin de reflexiones de gran nivel, incluso de nivel superior al del sonido

directo.

En la prctica, un mtodo de diseo es hacer que fB sea menor que 500 Hz,

para que la respuesta del reflector sea plana en frecuencias medias y altas.

b) Reflectores curvos:

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Figura 3.15: Reflector convexo.

La cobertura del reflector curvo es bastante mayor que la del plano. En

consecuencia, la difusin del sonido es mayor y el nivel de las reflexiones

aadidas disminuye, evitando, por tanto, la aparicin de las anomalas

mencionadas para el reflector plano.

En la prctica, se consigue un ptimo funcionamiento diseando un reflector

convexo con radio de curvatura mayor que 5 m. Si el radio es menor, se

comportar como difusor en vez de como reflector.

La eleccin de la forma convexa en lugar de cncava es porque las

superficies cncavas tienden a focalizar el sonido y en determinadas ocasiones

pueden utilizarse como difusores.

3.3.4 DIFUSORES

Se denominan difusores a aquellos elementos que reflejan el sonido

uniformemente en todas las direcciones.

Su aplicacin est fundamentalmente destinada a salas de conciertos. Con

ellos se consigue elevar el grado de espacialidad del sonido, con lo que la

impresin de la calidad acstica del recinto mejora considerablemente. Un uso

Acondicionamiento acstico del aula 105

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alternativo, vlido para cualquier tipo de sala, es mejorar la difusin del sonido

para eliminar anomalas acsticas como: ecos, coloraciones, focalizaciones, etc.

Existen distintos elementos que funcionan como difusores del sonido:

Superficies con adornos, relieves, irregularidades, huecos, rugosidades

etc. Por ejemplo, techos artesonados (con paneles poligonales), estatuas, etc. Un

caso particular es la zona ocupada por las sillas, con o sin espectadores, que

presenta un alto grado de difusin, pero debido a su alta absorcin no funciona

como difusor.

Difusores policilndricos: conjunto de superficies lisas y convexas cuyo

radio de curvatura es menor que 5 m. La zona de cobertura es mucho mayor que

la de los reflectores convexos y el nivel de las reflexiones menor, por ese motivo

funcionan como difusores.

Difusores de Schroeder: superficies con irregularidades creadas segn la

teora de los nmeros de Schroeder. Tambin se denominan RPG ("Reflection

Phase Grating").

Todos ellos se comportan como difusores para un determinado rango de

frecuencias, fijado por las dimensiones de las irregularidades. Para frecuencias

bajas (longitud de onda alta), las reflexiones tienden a concentrarse en la direccin

especular, porque para estas frecuencias las irregularidades son imperceptibles.

As que, segn la frecuencia lmite a partir de la cual queremos aumentar la

difusin sonora, as debern ser las dimensiones de las irregularidades. Cuanto

ms grandes sean, ms baja ser la frecuencia lmite.

Entre los difusores Schroeder podemos distinguir tres tipos:

a) Difusores MLS ("Maximum Length Sequence"):

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Estos difusores se forman a partir de una superficie lisa, reflectora, a la que

se le practican una serie de ranuras. El tamao y distribucin de las ranuras

depender de la frecuencia de diseo.

Una vez establecida sta:

1) Se divide la superficie en tramos de anchura W=/2.

2) Se genera una secuencia pseudoaleatoria peridica de mxima longitud.

Dicha secuencia slo contiene +1 o 1.

3) Se asocia a cada tramo un nmero de la secuencia, del siguiente modo:

+1 Tramo inalterado.

1 Tramo con ranura.

4) Se hace la ranura, en los tramos que les corresponde, con profundidad

d=/4.

Figura 3. 16: Difusor tipo MLS

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Estos difusores son poco utilizados actualmente y el rango de frecuencias

donde se comportan ptimamente como tales, es la banda de octava que contiene

la frecuencia de diseo.

b) Difusores QRD (Quadratic-Residue Diffusor"):

Al igual que los difusores anteriores se forman a partir de una secuencia

pseudoaleatoria peridica, pero en esta ocasin aplicada a la profundidad de los

huecos.

Hay dos tipos de difusores QRD:

Unidimensionales:

Consisten en una agrupacin de ranuras rectangulares de igual anchura,

pero distinta profundidad, separadas por lminas rgidas y delgadas.

Su orientacin determina la direccin de mxima difusin: la orientacin

horizontal (vertical) crea difusin en el plano vertical (horizontal).

Figura 3.17: Difusor tipo QRD unidimensional

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Su comportamiento como difusor est comprendido en un margen

determinado de frecuencias, fuera del cual tiende a reflejar el sonido en la

direccin especular. La frecuencia mnima es establecida por la profundidad,

siendo menor para una mayor profundidad. La frecuencia mxima es fijada por la

anchura de las ranuras, aumentando al disminuir sta. Son los ms utilizados.

Bidimensionales:

Consigue una difusin ms uniforme en todas las direcciones al agrupar los

dos tipos de difusores unidimensionales (vertical y horizontal) en uno.

Bsicamente consiste en una cuadrcula (la forma de los huecos puede ser

distinta al cuadrado, aunque sta es la habitual), con huecos de distinta

profundidad.

Figura 3.18: Difusor tipo QRD bidimensional

Son raramente utilizados.

c) Difusores PRD ("Primitive-Root Diffusor"):

Son similares a los difusores QRD unidimensionales, aunque utilizan una

secuencia pseudoaleatoria distinta para generar la profundidad de las ranuras.

Acondicionamiento acstico del aula 105

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Sus caractersticas tambin son parecidas, salvo que la energa reflejada en

la direccin especular es muy dbil. Esto los hace tiles para eliminar ecos

molestos en una sala.

En la prctica son poco utilizados.