Mendez Acustica Arquitectonica

ACUSTICAARQUITECTONICA

Autores:

Ing. A ntonio M. Méndez

Ing. A lb e rto J. Stornini Lie. Estela B. Salazar

Ing. Gustavo Giuliano

Ing. A rie l G. Velis

Arq. Beatriz C. Amarilla

UNIVERSIDAD DEL MUSEO SOCIAL ARGENTINO

ACUSTICA ARQUITECTONICA

Primera edición: Julio 1994

UNIVERSIDAD DEL MUSEO SOCIAL ARGENTINO Av Corrientes 1723 - Cap. Fed.Tel : 375-4601/4602

Hecho el depósito que indica la Ley 11.723ISBN 950-99514-5-5Impreso en Argentina porTESTONE Hnos. - Villegas 5159 - C.P. (1874)Avellaneda - Provincia de Buenos Aires - Argentina

AUTORES

Antonio Miguel Méndez:- Ingeniero en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de

la Plata.- Director del Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la

Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (LAL-CIC).

- Investigador Independiente de la CIC.- Director del Curso de Postgrado “Maestría en Acústica”,

dictado en la Universidad del Museo Social Argentino (UMSA).

- Profesor Titular de Acústica Arquitectónica en la Maestría en Acústica.

- Becario de los Gobiernos de Bélgica, Francia e Inglaterra, para realizar estudios e investigaciones sobre acústica y vibraciones.

- Director de cursos de postgrado sobre Acústica Arquitectónica y Electroacústica y Profesor de cursos de postgrado sobre Ingeniería Laboral e Ingeniería Ambiental.

- Presidente de la Asociación de Acústicos Argentinos.- Coautor de los libros “El ruido y la audición” y “El hombre y

la vibraciones”.

Alberto Juan Stornini:- Ingeniero en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de

la Plata.- Profesional Principal de Apoyo a la Investigación CIC.- Profesor Titular de Informática II en la Maestría en Acústica

(UMSA).- Profesor de cursos de postgrado sobre Acústica

Arquitectónica, Electroacústica, Ingeniería Laboral e Ingeniería Ambiental.

- Miembro de la Comisión Directiva de la Asociación de Acústicos Argentinos.

Estela Beatriz Salazar:- Licenciada en Fonoaudiología, Universidad del Museo

Social Argentino.- Vice Decano de la Facultad de Ciencias de la Recuperación

Humana, Escuela Superior de Fonoaudiología, Universidad del Museo Social Argentino.

- Profesora de Audiología Laboral en el Doctorado de Fonoaudiología (UMSA).

- Profesora de cursos de postgrado sobre Acústica Arquitectónica, Ingeniería Laboral e Ingeniería Ambiental.

- Becaria del Institute of Ocupational Health de Helsinki, Finlandia.


- Coautora del libro “El ruido y la audición”.

Héctor Gustavo Giuliano:- Ingeniero en Electrónica, Universidad Nacional de la Plata.- Becario de Perfeccionamiento en el Laboratorio de Acústica

y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (LAL-CIC).

- Profesor de cursos de postgrado sobre Acústica Arquitectónica.

- Ayudante Diplomado en la cátedra Medidas Eléctricas, UNLP.


6

Ariel Gustavo Velis:- Ingeniero en Electrónica, Universidad Nacional de la Plata.- Becario de Perfeccionamiento en el Laboratorio de Acústica

y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (LAL-CIC).

- Profesor de cursos de postgrado sobre Acústica Arquitectónica.

- Ayudante Diplomado en la cátedra Dispositivos Electrónicos, UNLP.


Beatriz Cecilia Amarilla:- Arquitecta, Universidad Nacional de la Plata.- Investigadora Adjunta de la Comisión de Investigaciones

Científicas de la Provincia de Buenos Aires.- Sub Directora del Laboratorio de Investigaciones del

Territorio y del Ambiente (LINTA-CIC).- Profesora Titular de Economía I en la Facultad de

Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Belgrano.- Miembro de la Asociación de Acústicos Argentinos.

C O N T E N ID O

1 EL SONIDO

1.1 GENERALIDADES... .................. ..................... ......... . 171.2 PRESION SONORA.............. ...... .... ........ ...... ....... ..... 181.3 FRECUENCIA............... ..... .......... .............. ............ . 18i .4 VELOCIDAD DE PROPAGACION Y LONGITUD DE ONDA ... 181.5 NIVEL DE PRESION SONORA............. 201.6 NIVEL SONORO.................................... ...221.7 ANALISIS DE FRECUENCIA......... ................... 231.8 SONIDO Y RU IDO.................................... 231.9 INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS.......... ................ 241.10 BIBLIOGRAFIA... ........................................... ...24

2 EL SENTIDO DE LA AUDICION

2.1 ANATOMIA Y FISIOLOGIA..........................................252.2 PSICOACUSTICA.................................................... ..30

2.2.1 Generalidades....................................... ... ...... 302.2.2 Campo auditivo............ ................................... 312.2.3 Sonoridad.... .................................................. 332.2.4 Curvas de igual sonoridad........... ......... ............... 342.2.5 Umbrales diferenciales de presión sonora................. 352.2.6 Altura tonal......... ............ .................... ....... ... 352.2.7 Variación de la altura tonal con la sonoridad............. 362.2.8 Umbrales diferenciales en altura tonal..................... 372.2.9 Timbre....................... ....... .......................... . 372.2.10 Duración del sonido..... .................. ..................372.2.11 Densidad y volumen del sonido.... ..... ....................382.2.12 Localización del sonido ............... ....... .................382.2.13 Enmascaramiento......................... .......... .......... 402.2.14 Inteligibilidad de la palabra........................ ..... ......402.2.15 Medición de la inteligibilidad ............................... ...422.2.16 Cálculo de la inteligibilidad ...... ............. ............... 432.2.17 Nivel de interferencia de la palabra............. .............43

2.3 BIBLIOGRAFIA........... ............... ...............................44

3 EL SONIDO EN LOS RECINTOS

3.1 GENERALIDADES........ ...................... .......................453.2 MODOS NATURALES DE UNA SALA.. .......................... 483.3 REVERBERACION............ ......................... ............... 53

3.3.1 Fórmulas de cálculo........ ...................................563.4 NIVELES SONOROS EN UNA SALA......... ..... ............... ..593.5 BIBLIOGRAFIA................. ....... ........... ........ ........ .... 60

9

4 ABSORCION ACUSTICA

4.1 INTRODUCCION...... ........................ ................. ... 614.2 ASPECTOS TEORICOS........................ ...................... 63

4.2.1 Coeficiente de absorción..... ........... 634.2.2 Area equivalente............. 664.2.3 Tiempo de reverberación............. 69

4.3 ABSORBENTES SONOROS............ ...... ........... ............714.3.1 Absorbentes porosos................. ....724.3.2 Absorbentes tipo panel........ 784.3.3 Absorbentes tipo resonador....... ..... 814.3.4 Absorbentes funcionales.. ............. .844.3.5 Objetos absorbentes.......... 86

4.5 RESUMEN.... ...... ........................ .......................... ...874.6 REFERENCIAS............ .............................................. 874.7 TABLAS DE ABSORCION ACUSTICA.............................88

5 METODOS DE MEDICION DE ABSORCION SONORA

5.1 INTRODUCCION ..... 955.2 METODO DEL TUBO DE ONDA ESTACIONARIA... ......... .965.3 MÉTODO DE LA CAMARA REVERBERANTE ......... ...995.4 METODO DEL “TONE BURST” ...... .................. ...... .....1025.5 REFERENCIAS ...... ..................... ............................. 103

6 AISLAMIENTO ACUSTICO

6.1 INTRODUCCION ..................... .... ..........................1056.2 GENERALIDADES............... ........................ ........... 1056.3 AISLAMIENTO ACUSTICO DE UNA PARED SIMPLE.. ........ 1096.4 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL AISLAMIENTO..... . 113

6.4.1 Porosidad......... .................. .... ............ ......... I 136.4.2 Dimensiones de la pared ..... .... ............ .... .... ..... 1146.4.3 Factores diversos ................................... ......... I 14

6.5 AISLAMIENTO ACUSTICO DE UNA PARED DOBLE.......... I 146.5.1 Dos paredes simples separadas por una capa de aire...1156.5.2 Dos paredes simples separadas

por material absorbente..................................... 1206.5.3 Influencia de las uniones rígidas entre los elementos...121

6.6 AISLAMIENTO DE PARTICIONES COMPUESTAS...............1226.7 AISLAMIENTO DE ABERTURAS.... ......... .......... ........... 123

6.7.1 Aislamiento de puertas... ..................................1236.7.2 Aislamiento de ventanas...... ....... .......................1236.7.3 Aislamiento de cañerías............ ................. ....... 124

6.9 PARTICIONES HORIZONTALES............................. ....1256.8 RESUMEN....... ..... 1256.9 REFERENCIAS................................... 127

10

7 RUIDOS DE IMPACTO

7.1 INTRODUCCION..................................... 1297.2 GENERALIDADES.................................................... 1307.3 AISLAMIENTO ACUSTICO A LOS RUIDOS DE IMPACTO...133

7.3.1 Recubrimiento de pisos... „............................... 1337.3.2 Pisos flotantes................................................ I 357.3.3 Falsos cielorrasos...................................... .....1 39

7.4 REFERENCIAS.................................... .........141

8 PERFILES

8.1 INTRODUCCION.... ................................ 1438.2 EVALUACION DEL AISLAMIENTO A RUIDOS AEREOS...... 1448.3 EVALUACION DEL AISLAMIENTO A RUIDOS DE IMPACTO 1478.4 AISLAMIENTO A IMPACTOS DE REVESTIMIENTO...... ......1508.5 CURVAS NR (NOISE RATING)......................... .......... 1538.6 REFERENCIAS.........................................................155

9 ACUSTICA DE VIVIENDAS

9.1 INTRODUCCION....................................................i 579.2 RUIDOS PROVENIENTES DEL EXTERIOR....................... 159

9.2.1 Ruido generado por aeronaves............................ 1599.2.2 Ruido generado por automotores.........................1609.2.3 Ruido generado por trenes.................. ..............1659.2.4 Ruido generado por industrias,

comercios y residencias vecinas......... ............ ......1679.3 RUIDOS PROVENIENTES DEL INTERIOR.... ...... .............167

9.3.1 Ruido generado por personas.............................. 1679.3.2 Ruido generado por aparatos de radio, TV, etc..........1699.3.3 Ruido generado por instrumentos musicales....... ..... 1699.3.4 Ruido generado por máquinas electrodomésticas ....... 1709.3.5 Ruido generado por las instalaciones............. 170

9.4 CONTROL DEL RUIDO........... ................... .............1719.4.1 Control de los ruidos provenientes del exterior...... . 1729.4.2 Control de los ruidos provenientes del interior.........181

9.5 REFERENCIAS........................................................ 192

10 ACUSTICA DE SALAS

10.1 INTRODUCCION....................................................19310.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO................. 195

10.2.1 Forma de la sala............................................ .19510.2.2 Tiempo de reverberación................ .................- 19610.2.3 Sonoridad....... ............................................. 19910.2.4 Difusión....................................................... 199

11

10.2.5 Uniformidad ......... ...................... ...... ...... ....200i 0.2.6 Tiempo de arribo de la primera reflexión................ 20110.2.7 Relación entre la energía de la onda directa y

la energía del campo reverberante......... .............. 20310.2.8 Acústica del escenario...................................... 20410.2.9 Ruidos de fondo................ 204

10.3 REFUERZOS SONOROS............................................20510.3.1 Refuerzo sonoro de la onda directa..................... ...20510.3.2 Refuerzo sonoro del campo reverberante... ............ 207

10.4 UTILIZACION DE MODELOS ACUSTICOS....... ..............20810.4.1 Maquetas...... ................................. 20910.4.2 Simulación por computadora.............. 209

10.5 BIBLIOGRAFIA........................ ................. .............. 210

11 VIBRACIONES

11.1 GENERALIDADES........................... 21111.2 MEDICION DE LAS VIBRACIONES......... ..................... 21211.3 REDUCCION DE LAS VIBRACIONES............................ 213I 1.4 EVALUACION DE LAS VIBRACIONES......... .... ............. 214

I 1.4.1 Sobre las estructuras....................................... 21411.4.2 Sobre las personas.................... ...................... 217

I 1.5 GENERACION DE VIBRACIONES................. .............. 21911.6 BIBLIOGRAFIA...... ........................ ........... ............ 219

12 ASPECTOS ECONOMICOS DEL CONFORT ACUSTICO

12.1 INTRODUCCION......... ............................ ............ 22112.2 EL PROBLEMA ECONOMICO Y LA ELECCION

DE MATERIALES EN EL DISEÑO ACUSTICO.................. 22212.3 EL COSTO DE LA CALIDAD ACUSTICA EN

CONJUNTOS HABITACIONALES.................... 22612.4 ANALISIS ECONOMICO SURGIDO A TRAVES

DE LA APLICACION DE LA NORMA IRAM 4.044............ .22912.4.1 Muros................. 23112.4.2 Entrepisos............ .... ................................... 233

12.5 ESTUDIO ECONOMICO DE SOLUCIONES ESPECIALES...... 23312.5.1 Muros dobles.............................. ...... ............23512.5.2 Entrepisos ................................. 236

12.6 CONCLUSION................................... ...Z.23612.7 REFERENCIAS............... 238

12

PROLOGOEste libro reúne los conocimientos básicos relacionados con

la acústica arquitectónica. Está destinado principalmente a arquitectos, ingenieros y a aquellas personas que, aún no poseyendo un conocimiento profundo de matemáticas, quieran manejar las técnicas del diseño y tratamiento acústico de los recintos.

Se presentan aquí, en forma sistemática y de fácil lectura, los fundamentos básicos de la acústica arquitectónica. Estos fundamentos forman parte del material utilizado por los autores en el curso de Especialización, dictado desde hace ya varios años, por la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de la Plata, en el Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Pcia. de Buenos Aires. Y en la Maestría en Acústica de la Universidad del Museo Social Argentino.

El primer capítulo de este libro, define los conceptos fundamentales relacionados con la generación y propagación del sonido, siendo su contenido esencial para la comprensión de los temas que son analizados posteriormente. En contrapartida, el segundo capítulo trata los conocimientos relacionados con la percepción del sonido, describiéndose el funcionamiento del oído y enunciándose las principales leyes sicoacústicas.

A continuación, en el tercer capítulo, se analiza el comportamiento del sonido dentro de un recinto. Se estudian los modos normales y se introduce el concepto del tiempo de reverberación.

El cuarto capítulo habla sobre la absorción sonora, detallándose las diferentes características de absorción de diversas configuraciones, materiales y objetos. El quinto, enumera la técnicas de medición de absorción.

En el capítulo sexto, se define el aislamiento acústico a los ruidos aéreos y se estudia el comportamiento de los materiales y estructuras desde el punto de vista de la transmisión del sonido. En el séptimo, se hace lo mismo con los ruidos de impacto.

En el octavo, se explican las técnicas de normalización a través del uso de perfiles, tema de importancia para la utilización y comparación de materiales para la construcción.

El capítulo noveno estudia la acústica en la viviendas, dándose las pautas arquitectónicas básicas que permiten un diseño adecuado desde el punto de vista del confort acústico. Se estudian los ruidos

13

que afectan a las viviendas, y se describen las técnicas de construcción necesarias para el control de ellos. En el décimo capítulo, se estudian las características acústicas que deben tener las salas destinadas a la realización de eventos públicos, (como teatros, salas de concierto, de conferencias, etc.). Se agregan además, las técnicas de refuerzos sonoros y los métodos de diseño utilizando maquetas o simulación por computadora.

El capítulo décimo primero está dedicado integramente al tema de las vibraciones, desde su generación hasta su control. Se detallan los métodos de medición y los efectos que ellas tienen sobre las estructuras y las personas.

Por último, el capítulo décimo segundo analiza los aspectos económicos vinculados con el diseño y la construcción de viviendas, haciéndose un estudio comparativo de las diferentes alternativas posibles, relacionándose el costo con la calidad acústica.

Es importante destacar que, debido a los numerosos textos existentes sobre acústica arquitectónica, los autores no han incluido una lista completa de ellos, haciendo referencia solamente en aquellos casos en que se ha extractado textualmente alguna definición o cuando el tema excede el alcance de este libro, de forma que aquellas personas interesadas en ampliar conocimientos tengan donde remitirse.

Finalmente, los autores desean agradecer a la Universidad de Museo Social Argentino por la publicación del presente texto.

Los autores

14

ACUSTICA ARQUITECTONICA

1.1. GENERALIDADES

En los libros de acústica se encuentran definiciones diversas del sonido. Por ejemplo, Leo Beranek, en su libro “Acústica”, dice que hay sonido cuando un disturbio, que se propaga por un medio elástico, causa una alteración de la presión o un desplazamiento de las partículas del material, que pueden ser reconocidos por una persona o por un instrumento.

En el origen de todo sonido hay una vibración mecánica. Todos sabemos que si queremos hacer sonar una campana, debemos darle un golpe para que vibre. Esa vibración de la campaña se trasmitirá luego a las moléculas del aire que la rodea y allí comienza el fenómeno de la “propagación”, es decir, la puesta en vibración de otras moléculas cercanas.

Así, el disturbio que se originó en la campana al ser golpeada, se va alejando de la fuente, propagándose por el medio elástico, el aire (ver figura 1.1).

Para que exista la propagación del sonido es imprescindible que haya un medio elástico, que en el caso descripto es el aire, pero que también podría ser un líquido o un sólido, ya que el sonido también se propaga a través de estos materiales, como veremos más adelante.

Pero sin la presencia de ese medio elástico no puede haber sonido. Si un astronauta golpeara una campana en la luna no generaría ningún sonido, ya que la ausencia de atmósfera hará que las vibraciones de la campana no puedan propagarse.

Sobre la superficie de la tierra, en cambio, existe una atmósfera formada por la capa de aire que nos rodea. Este aire está comprimido a una cierta presión, la presión atmosférica, que al nivel del mar tiene un valor de 100.000 Paséales. (La unidad de presión en el Sistema Internacional de Unidades [Sil es el “Pascal' , resultante de dividir una fuerza de en New ton aplicada sobre una superficie de un metro cuadrado).

i

Acústica Arquitectónica

Figura l.l: generación y propagación del sonido.

1.2. PRESION SONORA

La presencia del sonido produce en el aire pequeñas variaciones de presión que se superponen a la presión atmosférica. A esas variaciones de presión se las conoce como “presión sonora”. La presión sonora actúa sobre nuestros oídos, tal como veremos más adelante, y produce la sensación de oír.

1 .3 . FRECUENCIA

Cuando la campana de nuestro ejemplo anterior vibra, lo hace cumpliendo un movimiento oscilatorio que se repite varias veces por segundo. Al número de ciclos completos de vibración por unidad de tiempo se lo denomina “frecuencia” y su unidad de medición es el Hertz (Hz). Para que un sonido sea oído por el hombre, su frecuencia tiene que estar dentro del rango de 20 Hz a 20.000 Hz, ya que estos son los límites de audibilidad del ser humano, como se verá con más detalles en su oportunidad. Al rango de frecuencias audibles por el hombre se lo denomina “audiofrecuencias”.

1.4. VELOCIDAD DE PROPAGACION Y LONGITUD DE ONDA

Se denomina “velocidad de propagación del sonido” a la velocidad con que las ondas sonoras se alejan de la fuente.

18

El Sonido

Esta velocidad se expresa en metros por segundo (m/s), y su valor varía según el medio de propagación.

Para el sonido que se propaga en el aire, a temperatura ambiente, la velocidad del sonido es del orden de 344 m/s. Se la suele designar con la letra “c”. Esta velocidad depende de la temperatura del medio y se la puede calcular en forma exacta con la siguiente fórmula (en m/s).

, re = 20,08 V7+ 273 (1.1)

donde t es la temperatura ambiente en grados centígrados.

En forma aproximada, y para temperaturas comprendidas entre los 15 y los 30°C, se puede utilizar, cometiendo un pequeño error, la fórmula:

' V / c = 331,4 + 0,6 t ( 1.2 )

En medios sólidos y líquidos, las velocidades de propagación son mayores. Por ejemplo:

agua salada:aluminio:hierro:acero:ladrillo:hormigón:vidrio:

1.500 m/s5.200 m/s 3.400 m/s5.000 m/s 3.700 m/s 3.100 m/s6.000 m/s

Se denomina “longitud de onda” a la distancia que existe entre dos puntos consecutivos de igual presión (por ejemplo dos máximos), correspondientes a la onda sonora que se está propagando. Ya hemos dicho que el sonido se manifiesta como variaciones de presión en el ambiente. Si estuviéramos parados en un punto del espacio observaríamos “pasar” a la onda sonora, como rápidas variaciones de presión, que se suceden a una frecuencia “/’. Si en cambio tomáramos una fotografía instantánea de qué es lo que pasa en el ambiente, en la dirección de propagación del sonido, veríamos zonas en que la presión sonora es positiva y otras en que es negativa. Esta configuración no permanece quieta sino que se mueve en la dirección de propagación, con la velocidad del sonido “c” (ver figura 1.2 ).

La longitud de onda “ A ” está relacionada con la velocidad de propagación y la frecuencia, según:

a = 7 I O


Si hemos dicho que el sonido en el aire, a temperatura ambiente, se propaga con una velocidad de 344 m/s, se puede calcular qué valores tendrá la longitud de onda para las frecuencias que corresponden a los límites del rango audible; 20 Hz y 20.000 Hz;

A .ih h -20Hz = ----- = 17,2 m

20344

A 2oooohz = — = 0,0172 m = 17,2 mm20000

Puede comprobarse así qué diferentes son dos sonidos de frecuencias bajas y altas, desde el punto de vista de sus longitudes de onda. Más adelante se verá cómo estos sonidos poseen características físicas muy diferentes.

A los sonidos de frecuencias bajas y grandes longitudes de onda se los llama “graves”. En cambio, a los sonidos de altas frecuencias y de pequeñas longitudes de onda se los llama “agudos”. En la zona intermedia se ubican los sonidos de frecuencias “medias".

Onda moviéndose con velocidad o

Figura 1.2: longitud de onda.

1.5. NIVEL DE PRESION SONORA

Ya hemos dicho que la onda sonora se propaga en el aire en forma de variaciones de presión. La intensidad de un sonido depende del valor que tenga esa presión sonora- Un 20

El Sonido

sonido muy débil, apenas audible por el hombre, tiene una presión sonora del orden de 20 millonésimos de Pascal, (0,00002 Pa). A esta pequeñísima presión sonora se la denomina “umbral de audición”, porque es el valor a partir del cual ei ser humano es capaz de oír.

En cambio, se denomina “umbral de dolor” a una presión sonora muy elevada, del orden de 20 Pascales. La relación, entonces, entre la máxima y la mínima presión sonora que el oído puede percibir, es de 1.000.000 de veces. (20 Pascal/20 millonésimos de Pascal). Todos los sonidos que oímos tiene presiones sonoras comprendidas dentro de estos límites.

Como sería muy complicado expresar las intensidades de los sonidos, midiendo sus presiones sonoras, en Pascal, es que se ha adoptado una nueva unidad de medida que es el “decibel” (dB).

El decibel es una unidad de tipo adimensional, que se obtiene calculando el logaritmo de una relación entre dos magnitudes iguales, en este caso, dos presiones sonoras. Se compara la presión sonora del sonido que se desea medir con otra presión sonora que se adopta como referencia, y se aplica la siguiente expresión matemática, que permite calcular el así llamado “Nivel de Presión Sonora” (NPS), expresado en decibeles:

NPS = 20 log (1.4)Pref

donde: p : presión sonora del sonido a medir [Pa]}pref: presión sonora de referencia (0,00002 Pa).

De esta manera, todos los sonidos comprendidos entre el umbral de audición y el umbral de dolor, podemos expresarlos en una escala que va desde 0 a 120 dB, tal como se muestra en la tabla 1.1.

p [Pa] NPS [dB] Comentarios20 120 jet (um bral de dolor)

2 100 martillo neumático0,2 80 calle0,02 60 oficina0,002 40 living tranquilo0,0002 20 campo tranquilo0,00002 0 umbral de audición

Tabla l.l: Escala de niveles de presión sonora.21

Resp

uesta

relat

iva [d

BJAcústica Arquitectónica

En la literatura de habla inglesa y en el instrumental de medición, se designa al nivel de presión sonora con la sigla SPL (Sound Pressure Level).

1.6. NIVEL SONORO

Se denomina así al resultado, expresado en dB, de una medición de sonido que abarca todo el espectro audible, realizada con un instrumento denominado “medidor de nivel sonoro”.

( En algunos casos el medidor de nivel sonoro incorpora filtros J con curvas de respuesta que se asemejan a la respuesta del oído

humano. En ese caso se dice que el nivel sonoro ha sido compensado de acuerdo a diferentes curvas de compensación, como por ejemplo, las curvas A, B, C y D. El verdadero significado de estas curvas de compensación se verá cuando se estudie la respuesta del oído. Cuando no se usa ninguna compensación se dice que la medición es “lineal”. La tendencia actual es medir sólo con compensación A, o sin compensación. En la figura 1.3, se muestran los diagramas de atenuación en función de la frecuencia de; estas curvas.

10 2 5 102 2 5 103 2 5 104 2

Frecuencia [Hz]

Figura 1.3: curvas de compensación A, B, C y D.

En los medidores de nivel sonoro, la velocidad de respuesta del elemento indicador (instrumento analógico o display digital), puede seleccionarse entre tres posibles: lenta, rápida e impulsiva, (en inglés, “s/owf, " fa s f e “impulse”), a fin de adaptar 22

El Sonido

el instrumento a las diferentes características temporales del sonido a medir.

1.7. ANALISIS EN FRECUENCIA

En muchos casos, al hacer mediciones de sonido, se prefiere no medir sobre la totalidad del espectro audible, sino hacerlo en zonas más restringidas de éste. En ese caso se realiza lo que se denomina un “análisis en frecuencia”.

Para ello se utilizan filtros que poseen un “ancho de banda” determinado, es decir, que sólo dejan pasar las señales comprendidas en una pequeña zona del espectro audible. Los más conocidos son los filtros de “bandas de octava” y de “bandas de tercios de octava”. En los filtros de octava, el ancho de banda se extiende desde la “frecuencia inferior” hasta la “frecuencia superior"^, existiendo la siguiente relación matemática:

A = 2/.

(1.5)

En cambio, en los filtros de tercios de octava, la relación es:

í l/.

V2 = 1,26 (1.6)

A los filtros de octava y de tercio de octava se los identifica por su frecuencia central o “frecuencia normalizada” y constituyen una serie que cubre la totalidad del espectro audible. A continuación se indican estas frecuencias, expresadas en Hz (los valores subrayados corresponden a los filtros de bandas deoctava):

16 20 25 1L5 40 50 M 80 100 125 160 200 m

315 400 500 630 O o o LO OA O 1.600 2.000 2.500

3.150 4.000 5.000 6.300 8.000 10.000 12.500 IílM

Para mediciones de aislamiento, absorción y ruido, generalmente se suelen utilizar sólo las bandas comprendidas entre 125 y 8.000 Hz.

1.8. SONIDO Y RUIDO

Generalmente llamamos “sonido” a todas aquellas se-23


ñales acústicas que nos producen una sensación agradable. El sonido de una campana, de un piano, de una voz conocida. Los sonidos tienen, por lo general, una composición armónica definida.

Llamamos “ruido” a aquellos sonidos desagradables. El ruido de una máquina, de un avión, etc. Se trata de sonidos complejos, con una composición armónica no definida.

1 .9 . INFRASONIDOS Y ULTRASONIDOS

Cuando las vibraciones de una fuente producen variaciones de presión en el aire, con frecuencias que se encuentran fuera del rango audible (de 20 a 20.000 Hz), nuestro oído es incapaz de oírlas.

Llamaremos “infrasonidos” a todas aquellas señales de frecuencia menor que 20 Hz; y “ultrasonidos” a aquellas de frecuencia mayor que 20.000 Hz. Si bien los infrasonidos y los ultrasonidos son inaudibles, se presupone que, siendo de niveles importantes, pueden causar efectos sobre el organismo.

1.10. BIBLIOGRAFIA

L. Beranek, Acústica, Editorial HASA, 1961.

A. F. Werner, A. M. Méndez y E. B. Salazar, El ruido y la audición , editorial Ad-Hoc, 1990.

2 4

2EL SENTIDO DE LA A U D IC IO N

2 . 1. ANATOMIA Y FISIOLOGIA

El órgano auditivo es un transductor de energía. En una primera etapa del mecanismo fisiológico de la audición, el oído recibe la energía sonora con la forma de presión acústica y la transmite como tal hasta el órgano neurosensorial periférico (órgano de Corti). Para ello participan todas las estructuras del oído externo, medio y algunas del oído interno (perilinfa y membrana basilar).

El pabellón auricular (ver figura 2.1) capta la onda sonora y la orienta hacia el conducto auditivo externo (C.A.E.), el que refuerza en alguna medida la intensidad de la onda captada, mediante fenómenos de resonancia, y la conduce hasta la membrana timpánica. Esta última contiene en su espesor el mango del martillo (primer elemento de la cadena osicular). Al ponerse ella en vibración, bajo el efecto de la presión sonora que le llega a través del C.A.E., pone también en vibración al martillo y éste, a su vez, transmite la onda al yunque y al estribo. Ello es posible porque los huesecillos se conectan entre sí, mediante articulaciones, formando una verdadera cadena. El estribo, último elemento de la cadena osicular, tiene su platina alojada en la ventana oval y está en íntimo contacto con la perilinfa.

Bajo el efecto de la presión sonora que le llega a través del mecanismo timpanoosicular, la platina del estribo se hunde en la ventana oval a modo de pistón y pone en vibración a la perilinfa, con la misma frecuencia que tenía la onda captada por el pabellón auricular.

25


Ventana Oval Conducto semicircular

Nervio acústico/

Conducto auditivo

Ventana redonda JTrompa de Eustaquio,

Caracol

Figura 2. I : anatomía del oído externo y medio.

A este nivel, el sonido pasa de un medio de una densidad a otro de densidad distinta. Es sabido que cuando esto ocurre, gran parte de la energía acústica se refleja. Será necesario entonces, compensar esta pérdida de alguna manera. Para ello, el mecanismo principal está representado por la diferencia de superficies que existe entre la membrana timpánica y la platina del estribo, que es del orden de 17 a 1. Otro mecanismo que contribuye en este sentido es el efecto de brazo de palanca, que representa la cadena osicular.

En el oído medio existen dos músculos que son el del martillo (tensor del tímpano) y el del estribo (estapedio). El músculo del martillo está inervado por el trigémino, y el del estribo por el facial. La contracción del músculo del martillo hace poner tensa a la membrana timpánica y facilita el pasaje de las frecuencias agudas (este sería el músculo que hace oír). La contracción del músculo del estribo hunde la platina en la ventana oval, dificultando el pasaje de todas las frecuencias del espectro sonoro (este sería el músculo “protector” ante intensidades altas).

Si bien, aparentemente, la acción de estos músculos es antagónica, como la contracción de ambos es simultánea, su acción resulta sinèrgica. El efecto que produce la contracción de

El sentido de la audición

ambos reside en aumentar la rigidez y la fricción de todo el mecanismo timpanoosicular, dificultando el pasaje de todas las frecuencias, protegiéndo así al órgano de Corti de sonidos de alta intensidad que le pueden resultar nocivos. El mecanismo de contracción es reflejo y el estímulo es el sonido. Este reflejo puede provocarse y detectarse con aparatos especiales. A esta metodología se la denomina impedanciometría y es de aplicación actual en clínica audiológica.

La perilinfa está contenida en un estuche osteomembranoso (el caracol), que tiene un grado de rigidez elevado.

Por otra parte, al igual que cualquier líquido es incompresible. Para que se la pueda poner en movimiento, bajo los efectos de la presión que ejerce la platina del estribo en vibración, es necesario que esa presión sea descomprimida en algún otro punto (ver figura 2.2).

Figura 2. 2: oído interno.

El espacio perilinfático está dividido en dos por la membrana basilar. Uno de estos espacios está en contacto con la platina del estribo y se denomina rampa vestibular, y el otro lo está con la ventana redonda, que está obturada por una membrana elástica, y es la rampa timpánica. Ambas rampas se comunican entre sí por el helicotrema, a nivel de la espira apical del caracol membranoso. La función de la ventana redonda y su membrana es la descomprimir a la perilinfa puesta en movimiento por acción de las vibraciones de la platina del estribo, ante el estímulo sonoro. Otro mecanismo de descompresión es el acueducto del vestíbulo, que desemboca en el saco endolinfático, en la fosa cerebral posterior.

2 7


De no existir la posibilidad de que esta descompresión se realice, no habría traslación de la onda sonora a través de la perilinfa ni audición. A 1 os Fenómenos descriptos se ios denomina “libre juego de ventanas”, y cuando éste está alterado se producen grados importantes de hipoacusia.

Es lógico suponer que la onda sonora que pone en vibración al mecanismo timpanoosicular pueda llegar también a la ventana redonda, transmitida a través del colchón aéreo intratimpánico. Si ello ocurriera en un mismo momento, la situación creada sería la misma que cuando se aplican dos fuerzas de igual magnitud y sentido contrario en un mismo punto. Ellas se neutralizan, su resultante es igual a 0 y no habría transmisión de la onda a través de la perilinfa ni audición. Pero, lo que en realidad sucede es que la onda sonora transmitida por la cadena de huesecillos alcanza la perilinfa a través de la ventana oval, en un momento distinto del que lo hace la onda que llega a la ventana redonda por intermedio del colchón aéreo intratimpánico. A esto se lo llama “diferencia de fase”. La diferencia de fase se origina como consecuencia de la existencia de la membrana timpánica y de la cadena osicular, así como también por la diferente orientación en el espacio que tienen las dos ventanas.

Puesta la perilinfa en movimiento, sus vibraciones son transmitidas a la membrana basilar. La membrana basilar, actuando como un resonador, pone en vibración a determinados segmentos de su estructura ante ciertas frecuencias. Esta encuentra su explicación en la diferente longitud y grosor de las fibras que la constituyen. Es así como se pueden analizar las diferentes frecuencias en sectores determinados del caracol. Es decir que la membrana basilar no sólo cumple funciones de transmisión de la onda sonora, sino también de análisis de las frecuencias recibidas.

De ello se concluye que la transmisión del sonido no se hace sólo en el oído externo y medio, sino también en el oído interno hasta la membrana basilar, inclusive.

Sobre la membrana basilar asienta el órgano de Corti, que es el órgano neurosensorial periférico conectado con la primera neurona de la vía acústica. El es el encargado de transformar la energía acústica en energía bioeléctrica (potenciales de acción), que son los que en última instancia llegarán a la corteza cerebral transmitiendo a los centros respectivos el mensaje. El órgano de Corti está constituido por células de sostén y ciliadas neuroepiteliales, distribuidas en dos grandes grupos: las células ciliadas externas y las células ciliadas internas. Estos dos grupos forman los pilares externo e interno del órgano de Corti, respectivamente. Sobre las células ciliadas se extiende la membrana tectoria. Cuando el órgano de Corti se desplaza como consecuencia de la onda vibratoria provocada en la membrana basilar por el movimiento de la perilinfa, las cilias

28


“chocan” contra la membrana tectoria y se deforman. Esta deformación ciliar produce, mediante un fenómeno similar al piezoelèttrico, la generación de los potenciales eléctricos de acción.

Concomitantemente a la generación de los potenciales de acción ocurren otros fenómenos eléctricos que se conocen con el nombré de microfónicos cocleares. Ellos pueden ser captados por medio de microelectrodos colocados en la cóclea y, amplificados debidamente, reproducen con fidelidad en un altoparlante el estímulo sonoro aplicado al oído en estudio.

la finalidad que cumplen los microfónicos cocleares es desconocida y se los considera como un epifenómeno de la percepción auditiva, que nada tiene que ver con los potenciales de acción (ver figura 2.3).

Figura 2. 3: sección de la cóclea.

El órgano de Corti está conectado con la primera neurona de la vía acústica, que está en el ganglio espiral. De allí parten fibras que van a los núcleos de origen bulboprotuberencial del VIII par craneano. Aquí la vía se hace doble. Efectivamente-, de estos núcleos parten un haz directo, homolateral y otro cruzado, contralateral, que se dirigen a los cuerpos geniculados internos, donde está la tercera neurona de la vía acústica. A partir de aquí las dendritas se dirigen hacia el área auditiva, en la corteza temporal, ubicada en el fondo de la cisura de Silvio (ver figura 2.4).

29


2 .2 . PSICOACUSTICA

2.2.1. GENERALIDADES

Encontramos antecedentes de la Acústica entre los filósofos griegos; Pitágoras, por ejemplo, estudió la relación entre la longitud de cuerdas y los tonos musicales, expresando la “Ley de las cuerdas vibrantes”. En cambio, la Psicoacústica es una disciplina más reciente; se ubica su nacimiento en los años de la Segunda Guerra Mundial, durante la cual se realizaron contribuciones fundamentales, surgidas de propósitos prácticos, en parti- 30


cular del campo de las telecomunicaciones. Pero algunos años antes eran conocidos estudios psicoacusticos efectuados en Bell Telephone Laboratories, bajo la dirección de Harvey Fletcher, aplicando los conocimientos a la aparición de la radio; cuantifi- cando los conceptos de sonoridad, enmascaramiento y determinando muchos factores que rigen la comunicación hablada.

La Acústica se dedica al estudio de los fenómenos sonoros, su producción, propagación, etc. La Psicoacústica investiga la forma en que el hombre percibe los sonidos. El objetivo de la misma es determinar cuál es la respuesta humana a los estímulos sonoros, cuáles son sus posibilidades y limitaciones, y cómo se relaciona lo que oímos con los atributos físicos de la onda sonora.

2.2.2. CAMPO AUDITIVO

Se define como umbral de audibilidad, para un tono puro de una frecuencia dada, a la mínima presión sonora eficaz que puede ser oída, en ausencia de todo ruido de fondo.

El oído responde a vibraciones muy pequeñas, cuyas amplitudes no son mayores que las del tamaño de una molécula de hidrógeno. El umbral auditivo representa la presión sonora mínima que produce la sensación de audición. En las frecuencias de mayor agudeza auditiva, el umbral se manifiesta como minúsculas vibraciones del tímpano, de una millonésima de centímetro. En el campo auditivo el rango de frecuencia audible va de los 20 Hz hasta los 20.000 Hz (figura 2.5).

31


Pero el oído no es igualmente sensible a todas estas frecuencias. Las más audibles son las ubicadas en el medio del espectro, aproximadamente de 2000 a 3000 Hz.

El oído es menos sensible para frecuencias bajas y altas. Esta característica de menor agudeza para los tonos graves favorece el enmascaramiento de los sonidos producidos por nuestro cuerpo. La sensibilidad para las frecuencias agudas se va perdiendo con el paso del tiempo. El área audible está limitada en cuanto a los niveles de presión sonora, en 0 dB, que es umbral absoluto y los 120 a 140 dB, por encima de los cuales no se percibe sensación auditiva sino de dolor.

Las curvas de umbral de percepción y umbral de dolor encierran el campo o área auditiva; dentro de él están comprendidos todos los valores de frecuencia e intensidad que el oído humano puede percibir. Lógicamente, si una vibración sonora, por sus características queda afuera de éste, no podrá ser oída por un ser humano.

Los valores estadísticos de umbrales antes mencionados corresponden a personas jóvenes y con audición normal. La sensibilidad del oído varía con la edad (figura 2/ó

3 2

Edad [años]

Figura 2. 6: variación de la sensibilidad con la edad.


Además, el deterioro auditivo aparece en forma más precoz en los varones que en las mujeres. Por otra parte, la manifestación de ese deterioro se evidencia en una pérdida de sensibilidad auditiva en las frecuencias agudas. A este déficit en la audición producido por envejecimiento celular del tejido nervioso, causado por el paso del tiempo, se lo llama presbiacusia.

En el límite superior del campo auditivo, a 110 dB, se produce una sensación desagradable. A 120 dB esta sensación se transforma en un molesto cosquilleo, para por último, a 140 dB, transformarse en claro dolor, capaz de generar una lesión auditiva en poco tiempo.

Es de hacer notar que a estos niveles de presión sonora, el dolor aparece independientemente de la frecuencia. Los umbrales de dolor, para las distintas frecuencias, se dan al mismo nivel de presión sonora en el rango de 50 a 8000 Hz.

Dentro del campo auditivo encontramos también el campo de la palabra, formado por todos los sonidos que componen la comunicación oral. Los sonidos del lenguaje, dejando de lado edad o sexo de los sujetos, ocupan el centro del campo auditivo, siendo las frecuencias más importantes las comprendidas entre 500 y 5000 Hz.

2.2.3- SONORIDAD

La intensidad o nivel de presión sonora de un sonido es una característica física; la sonoridad es su correlato subjetivo.

A un sonido más intenso que otro, lo percibimos como más fuerte o más sonoro.

Cuando se dice que un sonido es fuerte o débil, se refiere a su sonoridad. La sonoridad defínese como “el atributo intensivo de una sensación auditiva que permite ordenar los sonidos en una escala que se extiende desde suave hasta sonoro (fuerte)”.

La unidad de medición propuesta por S. S. Stevens es el “son”. Un son es la sonoridad de un tono de 1.000 Hz con un nivel de presión sonora de 40 dB. Este sonido se toma como referencia para determinar la sonoridad de cualquier otro sonido simple, y responde a la variación de la misma.

Las variaciones de la presión sonora no son proporcionales a la sensación de sonoridad. Por lo tanto un sonido dos veces más sonoro no tiene una presión acústica dos veces mayor. Pero si un sonido es de 30 sones suena como si fuera dos veces más fuerte que otro de 15 sones.

3 3


2.2.4. CURVAS DE IGUAL SONORIDAD

Establecer una relación entre sonoridad y nivel sonoro no resulta simple, teniendo en cuenta que interviene otro factor, que es la frecuencia del sonido.

La relación surge de numerosas investigaciones de psicoacústica realizadas en distintos laboratorios y homologada posteriormente por la International Standardization Organization (ISO). En ella se establece que el nivel de sonoridad de un tono puro es la presión necesaria para producir la misma sensación de fuerza de un tono de 1.000 Hz. La unidad adoptada es el “fon” y su valor resulta igual a 1 dB para sonidos de 1.000 Hz. Por lo tanto, en la frecuencia de 1.000 Hz, se dice que un sonido tiene tantos fones como dB. Pero el oído no tiene una respuesta lineal en función de la frecuencia, siendo más sensible para los sonidos de frecuencias ubicadas en el medio del espectro; esta coincidencia establecida en la frecuencia de 1.000 Hz no se mantiene en el resto del rango audible.

En el año 1933 Fletcher y Munson, en base a experimentaciones, trazaron el primer mapa de contornos de igual sonoridad, que posteriormente fue revisado por Stevens y Davis en 1938 (figura 2.7).

3 4


Establecieron en sus investigaciones que, por ejemplo, 20 cIB son iguales a 20 fones en la frecuencia de 1.000 Hz, pero 20 dB son iguales a 10 fones en la frecuencia de 125 Hz.

Expresado de otra manera, para que un tono de 1.000 Hz a 20 dB suene igualmente sonoro que un tono de 125 Hz, es necesario que el último aumente 10 dB más que el primero.

Todos los contornos pasan por 1.000 Hz, y a su vez están a igual distancia del contorno que sigue. Del tal manera, el contorno de 10 fones pasa por 1.000 Hz a un nivel de 10 dB, y el contorno indicado con el número 20 pasa por 1.000 Hz a 20 dB.

En síntesis, las curvas de igual sonoridad se identifican dando el nivel de sonoridad de un tono de 1.000 Hz a un determinado nivel de presión sonora en dB.

Si por ejemplo, un sonido de 5.000 Hz se oye con la misma sonoridad o fuerza que uno de 1.000 Hz que tiene 40 dB, se dice que posee una sonoridad de 40 fones. El nivel de sonoridad, en fones, de cualquier sonido es la intensidad, en dB, de un tono de 1.000 Hz de igual sonoridad.

Estas curvas de igual sonoridad son de gran utilidad en el diseño de equipos de audio de alta fidelidad, pues poseen controles por separado, en los amplificadores, que compensan la alinealidad auditiva en frecuencia, en ambos extremos del espectro audible.

2.2.5. UMBRALES DIFERENCIALES DE PRESION SONORA

Se denomina umbral diferencial a los cambios mínimos que puede detectar una persona en el nivel de presión sonora.

Si la señal emitida tiene un nivel de 50 dB sobre el umbral del individuo y la frecuencia está comprendida entre 50 y10.000 Hz, aquél es capaz de percibir cambios en la presión sonora de aproximadamente 1 dB.

Cuando los niveles de presión sonora se acercan al umbral, siendo menores de 40 dB, se requiere variaciones de nivel de 1 a 3 dB para notar el cambio. Estos valores corresponden a personas sin patología auditiva, pues en los casos de reclutamiento se encuentran alterados.

2.2.6. ALTURA TONAL

Se define como altura tonal a la sensación aguda o grave derivada de la frecuencia de un sonido. Cuanto mayor es la frecuencia, más agudo se percibe al tono y viceversa. La unidad utilizada para medir la altura tonal es el “mel” (figura 2.8).

En 1940, S.S. Stevens y Volkman realizaron numerosas experiencias donde demostraron que la relación entre variación

35


de frecuencia y altura tonal no es directa. Como resultado de esas experiencias se construyó una escala de altura tonal relacionada con la frecuencia, haciendo corresponder una altura tonal de1.000 mels a la frecuencia de 1.000 Hz. Con ello se comprobó que a una frecuencia de 4.000 Hz no le corresponde una altura tonal de 4.000 mels. Con esta investigación determinaron que una frecuencia de 400 Hz: suena con una altura tonal de 500 mels: 5.000 Hz como 2.500 mels y 10.000 Hz como 3.000 mels.

Frecuencia [Hz]

Figura 2. 8: altura tonal.

2.2.7. VARIACION DE LA ALTURA TONAL CON LA SONORIDAD

La altura tonal depende también de la intensidad del estímulo. Dos sonidos de igual frecuencia y distinto nivel de presión sonora son percibidos como de altura tonal diferente.

Este fenómeno es poco perceptible en frecuencias próximas a los 2.000 Hz. Para frecuencias inferiores, la frecuencia de un sonido deberá disminuirse a medida que se aumenta la sonoridad, para que tenga la misma sensación de altura.

Un tono de 100 Hz a 40 dB tiene la misma altura que otro de 90 Hz a 100 dB. En la región del espectro audible que está por encima de 2.000 Hz el fenómeno se produce a la inversa. Es decir, que para que dos sonidos tengan la misma altura tonal, a

3 6


mayor intensidad se deberá aumentar la frecuencia.

2.2.8. UMBRALES DIFERENCIALES EN ALTURA TONAL

Los umbrales diferenciales para la altura tonal varían con la frecuencia. El oído distingue un gran número de alturas tonales distintas, aproximadamente 3-500.

En las frecuencias bajas y medias, hasta los 2.200 Hz, se detecta un cambio de altura tonal con una diferencia del orden de los 2 a 4 Hz.

En las frecuencias altas, el umbral diferencial se manifiesta con una disminución de sensibilidad. Alrededor de 4.000 Hz el cambio debe ser de 8 Hz, en la zona de 10.000 Hz de aproximadamente 40 Hz.

2.2.9- TIMBRE

Otra sensación que producen los sonidos es el timbre. Dicha cualidad es difícil de correlacionar con los atributos físicos del sonido.

El timbre, en los instrumentos musicales, depende de los armónicos. Bien conocido es el caso en el cual, si dos instrumentos musicales distintos tocan una misma nota, observando que ambos tengan la misma altura tonal y la misma sonoridad, podemos identificar fácilmente el instrumento del que ha procedido cada una de ellas, por una diferencia de timbre. Según Helmholtz, el oído individualiza dicha sensación mediante el análisis de la estructura armónica audible de las vibraciones. El instrumento que permite las más grandes variaciones en el timbre de los sonidos es el aparato fonatorio humano, gracias a la gran movilidad de su caja de resonancia. Cuando dos personas pronuncian un mismo sonido, una vocal, ambos sonidos pueden ser iguales en altura tonal y sonoridad pero logramos distinguir uno de otro, ya que percibimos que no han sido pronunciados por la misma persona.

2.2.10. DURACION DEL SONIDO

Desde el punto de vista psicofisiológico podríamos describir la duración como la sensación acústica que se desarrolla a partir de la variable física tiempo. En éste debe considerarse: el estímulo y la sensación.

Todo tipo de estímulo, visual, táctil, auditivo, etc., necesita actuar durante un tiempo dado para ser percibido. En el caso de los sonidos es lógico suponer que, cuanto mayor es el nivel de presión sonora, menor es la duración requerida para su percepción.

3 7


Si el nivel del estímulo está en el umbral, los sonidos requieren aproximadamente medio segundo de duración para tornarse audibles. Esta duración tiene que ser mayor para permitir apreciar sus propiedades de altura, intensidad y timbre.

Un estímulo de gran presión sonora y muy corto tiempo de estimulación, menos de 0,1 seg., da una sensación de sonoridad muy débil.

La duración del sonido como sensación, una vez terminado el estímulo, también fue motivo de estudio en psicoacústica.

En condiciones normales, una vez interrumpido el estímulo, la sensación auditiva no cesa bruscamente, sino en forma gradual, necesitando algunas centésimas de segundo para desaparecer. Según Békésy, en la frecuencia de 8.000 Hz serían necesarios 0,14 segundos. En condiciones patológicas, este efecto puede tornarse más notorio.

Estas investigaciones aportaron información de gran utilidad para conocer con mayor profundidad los fenómenos de adaptación y fatiga.

2.2.11. DENSIDAD Y VOLUMEN DEL SONIDO

La densidad y el volumen constituyen otras dos cualidades del sonido y surgen de innumerable experiencias realizadas en psicoacústica.

La sensación subjetiva que permite diferenciar un sonido compacto, penetrante, de otro difuso, es la densidad. La misma se mide en “dens”.

La densidad de un sonido depende del nivel de presión sonora y de la frecuencia. A igual intensidad, los sonidos agudos parecen más penetrantes que los graves. Suenan con igual densidad, por ejemplo: un sonido de 200 Hz a 95 dB y otro de 500 Hz a 62 dB.

Pero también la densidad depende de la intensidad; una misma frecuencia tiene mayor densidad cuanto mayor es el nivel de presión sonora.

El volumen de un sonido tiene una relación espacial o de tamaño. Los sonidos según sus características, parecen ocupar mayor o menor espacio, o llenar más o menos un lugar.

Los sonidos más voluminosos son los de mayor nivel de presión sonora, y los que poseen menor frecuencia.

2.2.12. LOCALIZACION DEL SONIDO

La orientación correcta hacia una fuente sonora se establece en parte gracias a la presencia de dos oídos, colocados a ambos lados de la cabeza.

3 8


Para determinar la posición espacial de una fuente sonora intervienen dos fenómenos importantes: uno de ellos es el retardo en el tiempo de llegada de los estímulos a uno y otro oído. El otro mecanismo se relaciona con la diferencia de intensidad con que es percibido el sonido en ambos oídos.

Un observador localiza una fuente puntual que está a su frente, porque no nota diferencia ni de tiempo ni de intensidad, en las señales que recibe. Si la fuente, en cambio, esta a su derecha o a su izquierda, percibirá la diferencia de tiempo de llegada, y la mayor o menor intensidad del sonido. Cuando la fuente esta ubicada a la derecha o a la izquierda, resulta muy difícil descubrir si está colocada en el cuadrante anterior o posterior. La localización del sonido, cuando se modifica la posición de la fuente en el plano vertical, resulta más difícil para el observador.

Si la fuente se encuentra muy por encima de la cabeza es muy complicado establecer la ubicación de la misma. Este efecto es utilizado para refuerzos electroacústicos del sonido, en salas de conferencias o conciertos. Si se ubica el parlante a la derecha o a la izquierda de la fuente sonora, la sensación del que escucha es desagradable, pues el sonido no le parece provenir del lugar donde se genera.

En cambio, si se coloca el parlante por arriba de la fuente, sin desviarlo en el plano horizontal, tendrá la sensación de que el sonido viene del lugar donde se ubica la fuente sonora.

También en la localización de los sonidos intervienen: la frecuencia y la intensidad. Los sonidos de frecuencias graves o agudas se localizan con más facilidad que los de frecuencias medias. Para los sonidos bajos, la localización se ve favorecida por la diferencia de fase de llegada a los dos oídos. La cabeza se comporta como sombra acústica de los sonidos de alta frecuencia, haciendo que éstos actúen sobre los oídos con diferencias de nivel sonoro.

Desde el punto de vista neurofisiológico, se sabe que existen unidades neuronales que se “disparan” para ciertas diferencias de tiempo interaurales, y no lo hacen para otras. Ante una diferencia de tiempo o de nivel entre los dos oídos, en uno de los núcleos accesorios, habría más neuronas exitadas que en el otro. En cuanto a la intensidad, W.A. Van Bergijk señala que las descargas en la trayectoria de transmisión que conducen a las neuronas desde los oídos se mueven más rápido, cuanto mayor es el nivel de presión sonora del estímulo.

Estas experiencias fueron realizadas en distintos niveles de la vía auditiva, comprobándose que la principal interacción binaural sucede en el nivel del núcleo accesorio, del complejo olivar superior.

3 9


2.2.13. ENMASCARAMIENTO

Se denomina enmascaramiento a la reducción total o parcial de la sensibilidad de un oyente para percibir un determinado sonido, provocado por la presencia simultánea de otro.

Cuando un sonido hace que otro sea menos audible, porque ambos se producen al mismo tiempo, decimos que se produjo un fenómeno de enmascaramiento.

El sonido cuyo umbral de audibilidad se ha modificado se denomina sonido enmascarado y el otro sonido, enmascarante.

Supongamos que tenemos dos sonidos, A y B. Medimos el umbral auditivo de A sin B. Luego pasamos al sonido B de fondo y volvemos a medir el umbral de A.

El enmascaramiento es la diferencia, en dB, entre el umbral de A en presencia de B y sin la presencia de éste. Ejemplo-

Umbral de A: 30 dB.Umbral de A en presencia de B: 50 dB.Enmascaramiento: 20 dB.

La interacción entre dos estímulos presentados al mismo tiempo depende en gran medida de las características de los sonidos.

Existen algunos lincamientos que rigen el enmascaramiento:

a) Un sonido posee mayor poder enmascarante, si se intenta enmascarar a otro que tenga una frecuencia parecida. En cambio, resulta muy difícil de enmascarar con otro de frecuencia diferente, alejada en el espectro. El enmascaramiento podrá realizarse, pero el nivel de presión sonora necesario tendrá que ser más importante que en el primer caso. Por ejemplo: Un sonido de 500 Hz, enmascara más a un sonido de 750 Hz que a otro de 8.000 Hz, manteniendo el mismo nivel de presión sonora.

b) Un sonido de determinada frecuencia tiene más poder enmascarante sobre otro de frecuencia más aguda, que sobre otro de frecuencia más grave. Por lo tanto, si se está buscando el efecto de enmascaramiento, es más fácil lograrlo con un sonido enmascarante de frecuencia más grave que el enmascarado.

Por ejemplo, un sonido de 1.200 Hz enmascara una banda ancha de sonidos de mayor frecuencia (más agudos) y no enmascara tonos que están por debajo de 900 Hz.

2.2.14. INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA

Un sonido es inteligible cuando se comprende su signi-

4 0


ficado en el simbolismo de la comunicación. La inteligibilidad de la palabra hablada depende de:

a) Características del mensaje:

— Gesticulación y ayudas visuales.— Conocimiento del idioma y del tema.— Potencia, articulación, claridad e inflexiones de la voz.— Suplencia mental.— Posición relativa entre el orador y el receptor.— Agudeza auditiva del receptor.

b) Características acústicas del ambiente:

— Absorción.— Reflexión.— Aislamiento.— Ruido de fondo, etc.

La palabra humana se compone de vocales y consonantes, distribuidas a lo largo del espectro. Existen variaciones lógicas debidas al sexo, la edad y las características individuales. La voz sigue aproximadamente una distribución espectral comprendida entre los 500 y 5.000 LIz, que son las frecuencias más importantes. Por ejemplo, en los varones, la principal frecuencia presente es la de 500 Hz, decayendo en el espectro a partir de1.000 Hz. En las mujeres se ubica aproximadamente en 1.000 Hz (figura 2.9).

Figura 2. 9: espectro de la palabra humana.

41


La potencia sonora de la voz humana es variable de un sexo a otro y también entre el niño y el adulto.

El nivel de presión sonora instantáneo es también variable durante la conversación y es del orden de 30 a 40 dB; ubicándose las crestas 12 dB sobre el nivel medio y los sonidos más débiles aproximadamente 18 dB por debajo.

Los sonidos vocálicos son menos críticos, en cuanto a la inteligibilidad de la palabra, que las consonantes. Por lo tanto, éstas resultan fácilmente enmascaradas por el ruido.

El porcentaje de palabras o frases correctamente entendido, se denomina inteligibilidad, y ésta es indispensable para obtener una correcta comunicación oral. No es necesario entender la totalidad de la información para obtener buena inteligibilidad, sobre todo cuando los oyentes conocen el idioma y el tema. La inteligibilidad se ve comprometida por el ruido de fondo (enmascaramiento) y la distancia. Si se alteran las bandas de frecuencias espectrales, cortando sus extremos superior e inferior, la primera información que desaparece es el reconocimiento de la fuente: el oyente no puede reconocer la voz del que habla.

Estrechando más aún la banda se deja de reconocer si el que habla es varón, mujer o niño, pero no se deja de comprender el mensaje. Este principio se utilizó en telefonía y radiotelefonía para lograr disminución de costos.

En cuanto al nivel de presión sonora, el mensaje, para ser inteligible, debe superar el umbral de audibilidad, pero no superar el punto de sobrecarga. Se denomina sobrecarga a aquel nivel por encima del cual la audición no responde correctamente a los estímulos y comienza a distorsionar. La inteligibilidad entre 0 y 50 dB aumenta; entre 50 y 90 dB se mantiene; con más de 90 dB decrece (sobrecarga).

2.2.15. MEDICION DE LA INTELIGIBILIDAD

La medición de la inteligibilidad puede hacerse utilizando monosílabos, palabras o un discurso. En cada lugar en que se desea obtener la inteligibilidad se ubica a un oyente, y otra persona en el lugar destinado al orador. Se procede a dictar el mensaje a un ritmo normal, con la potencia sonora adecuada al local, correcta dicción, pero sin exageraciones articulatorias.

Las personas escriben en una hoja lo que oyen, en el lugar en que se hallan.

Agotada una lista, los oyentes cambian de lugar entre sí, dejando la hoja en el lugar en que estaban. Este procedimiento se repite hasta que cada persona ocupe todos los lugares. Por lo general se pasan listas de 25 palabras.

42


2.2.16. CALCULO DE LA INTELIGIBILIDAD

Si se desea calcular la inteligibilidad de un punto del salón, se cuentan las respuestas correctas de ese lugar y se aplica el siguiente cálculo:

/= — 100 [%] (2.1) j *T

donde: a : la cantidad de respuestas correctas;T : la cantidad total de palabras dictadas.

Si nos interesa saber la inteligibilidad del local en general, se aplica la siguiente fórmula:

/ = — ioo {%} (2.2)NT 1 J

donde: N: número de lugares ensayados.

El nivel de inteligibilidad de la palabra exigible en un ambiente está directamente relacionado con las funciones que debe cumplir el mismo. Por lo tanto, las exigencias no serán las mismas para un pasillo de circulación, que para un salón de clase de idiomas.

Para evaluar la inteligibilidad de un lugar se adopta el siguiente criterio:

menos de 65% 65% y 75% 75% y 85% más de 85%

malaapenas aceptablebuenamuy buena

También se utiliza este tipo de mediciones para evaluar sistemas de telecomunicaciones, radiollamados, buscapersonas, etc. Se emplea la misma metodología, ubicando oyentes en cada uno de los ambientes a medir.

2.2.17. NIVEL DE INTERFERENCIA DE LA PALABRA (S I L.)

La inteligibilidad de la palabra dependerá, entre otros aspectos, del S.I.L., y éste está relacionado directamente con el raido de fondo. Para poder cuantificar la importancia de esta interferencia para la inteligibilidad, se ha introducido el S.I.L. (Speech Interference Level).

El S.I.L. resulta del promedio aritmético de las presiones sonoras medidas en las bandas de 500, 1.000 y 2.000 Hz.

Para obtener buena inteligibilidad los valores obtenidos

43


deben estar por debajo de los siguientes parámetros:

Oficina grande:Sala de conferencia: Dormitorio:Sala de concierto:

60 dB 40 dB 30 dB 25 dB

Para el uso del teléfono se estima que, con un S.I.L. menor de 65 dB, el uso es satisfactorio; entre 65 y 80 dB, el uso es dificultoso; más de 80 dB, es imposible.

2.3. BIBLIOGRAFIA

M. Guirao, Los sentidos, bases de la percepción, editorial Alhambra S.A., 1980.

A. F. Werner, A. M. Méndez y E. B. Salazar, El ruido y la audición , editorial Ad-Hoc, 1990.

44

3.1. GENERALIDADES

Para cualquier tipo de mediciones acústicas que se desee realizar en un edificio, la instrumentación básica requerida es una combinación de fuente-transductor-analizador.

En una medición típica, el mido o la vibración producida por una fuente se detecta mediante un transductor apropiado, ya sea un micrófono o un acelerómetro, respectivamente.

Las señales se analizan mediante un conjunto de filtros o amplificadores y los resultados se documentan mediante un registrador. Si fuera necesario, los resultados pueden procesarse mediante una computadora. La figura 3 1 esquematiza lo anterior.

Observando la figura 31 , se nota que cada bloque de este diagrama no representa necesariamente un instrumento individual. Por ejemplo, el generador, el amplificador y la fuente, del lado de emisión, pueden estar constituidos por una máquina ruidosa. Mas aún, el transductor y el analizador del lado de recepción pueden estar constituidos por un medidor de nivel sonoro y un filtro de octavas, o inclusive por un oyente.

Considérese una fuente sonora que radia en el espacio libre, o dentro de una cámara anecoica (recinto que reproduce, dentro de ciertos límites, las condiciones de propagación del sonido en el espacio libre). Supóngase que el diagrama de irradiación de la fuente es perfectamente simétrico, tal como la radiación producida por una esfera pulsante. Tal tipo de fuente se conoce como monopolo. Aunque esta fuente se presenta como una fuente hipotética, muchas fuentes prácticas pueden, en la realidad, ser consideradas como una combinación de uno o más monopoios.

45


Figura 3. I : Esquema típico de medición de ruidos o vibraciones.

En el espacio abierto, el sonido se dispersa alejándose de la fuente, de tal manera que su intensidad (energía que cruza la unidad de área en un segundo), decrece cuadráticamente con la distancia, de acuerdo a:

/ = WA nd2

(3 .1 )

donde W es la potencia sonora emitida por la fuente (watt) y d la distancia a la fuente (m). Esto se manifiesta en una reducción del nivel sonoro de 6 dB cada vez que se duplica la distancia (ver figura 3.2).

46Figura 3. 2: Propagación del sonido en campo libre.

El sonido en los recintos

Cuando una fuente sonora está dentro de un local, el sonido se propaga desde la fuente hasta encontrar un obstáculo, tal como una pared u otra superficie (figura 3-3).

Figura 3. 3: Propagación del sonido en un espacio cerrado.

En la superficie, parte de la energía sonora es absorbida y parte es reflejada hacia el interior del local. Suponiendo que las dimensiones de la superficie son mucho más grandes que la longitud de onda del sonido incidente, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

No toda la energía sonora se refleja. Parte es disipada como calor en el material y parte es transmitida a través de él, hacia otras zonas del edificio. La cantidad de energía reflejada depende de la cantidad de absorción de la superficie. Esto se explícita en la figura 3.4.

Figura 3. 4: Reflexión, absorción y transmisión del sonido.

Las cámaras anecoicas se diseñan para absorber toda la energía sonora incidente sobre sus superficies. Dichas cámaras se usan para mediciones de directividad de fuentes, determinacio-

47

Niv

el d

e pr

esió

n so

nora

[dB

]Acústica Arquitectónica

nes de potencia sonora y otras mediciones que requieran condiciones de campo libre.

Un caso diametralmente opuesto, es el de las salas reverberantes, las cuales se construyen con superficies tan duras como sea posible, de manera tal que la mayor cantidad de sonido se refleja hacia el interior de la sala.

Las características de absorción de los locales normales se encuentran entre estos dos extremos.

3.2. MODOS NATURALES DE UNA SALA

El nivel de presión sonora medido dentro de una sala, a una cierta distancia de la fuente, es debido, en parte, a la energía sonora recibida directamente desde la fuente, y en parte, a la energía sonora reflejada por las superficies internas de la sala. Esto determina dos zonas dentro del local: una denominada de campo directo, en donde predominan las ondas directas, y otra llamada campo reverberante, en donde son mayoritarias las ondas reflejadas. Cuanto más absorbente es una sala, más tenemos que alejarnos de la fuente para entrar en el campo reverberante. En esta zona, el nivel de presión sonora medido es prácticamente independiente de la distancia. La figura 3 5 explícita lo dicho.

Figura 3. 5: Campo directo y reverberante de salas.

48


Algunas veces, es muy útil considerar a una sala como un resonador complejo, con un gran número de resonancias naturales o modos. Cada uno de los modos está asociado con una correspondiente frecuencia natural y con una longitud de onda natural. Los modos se establecen por la interferencia de las ondas sonoras dentro de la sala. Estos modos se manifiestan como una distribución espacial de sonido, con presiones máximas y mínimas fijas en el espacio (figura 3.6).

Figura 3. 6: Distribución espacial del sonido dentro de un recinto.

La figura ilustra las ondas estacionarias producidas dentro de la sala por la interferencia de ondas sonoras reflejadas entre dos paredes paralelas. A este modo, establecido entre dos paredes paralelas, se lo denomina modo axial.

Las frecuencias a las cuales pueden establecerse modos, dentro de una sala rectangular, dependen de las dimensiones de la sala, y pueden calcularse con la fórmula conocida como ecuación modal, que es la siguiente:

/ = 2 yV v *.v y

(3.2)6 J

donde / es la frecuencia de resonancia [Hz], c la velocidad de propagación del sonido en el aire [m/s] y tx, ly y lz son

49


las dimensiones de la sala [ral. Los índices nx , ny y nz son números enteros.

Un posible modo de resonancia de la sala puede ocurrir para cualquier combinación de esos índices. Estos índices son usados para describir los distintos modos.

Para los modos axiales, sólo uno de estos índices tiene valor finito; los otros dos valen cero. Para los modos tangenciales, que involucran 4 de las superficies internas de la sala, sólo dos índices tienen valor finito. Para los modos oblicuos, que involucran a las 6 superficies, los tres índices son finitos.

En la figura 3 7 se ve el diagrama de presiones para el modo axial (2,0,0). Cada línea corresponde a un nivel de presión sonora particular. Los mayores valores están junto a las dos paredes opuestas y en el centro, y los menores valores equidistantes de ellos.

1,0

0,8

0.6

0 ,4

1.0

0.8

0,6

0 .4

I0)2 1 o".2

I0

0,8

0.6

0 .4

0.8

0.6

0 .4

0.2 l 0.2I0

M odo: (2 .0 .0 )

Figura 3. 7: Contornos de presión sonora en una sección de un recinto rectangular, para el modo (2,0,0).

En la figura 3 8 se ve el diagrama de presiones para el modo tangencial (1,1,0). Los mayores niveles de presión sonora aparecen en las cuatro aristas verticales.

50


Figura 3. 8: Modo tangencial (1,1,0).

En la figura 3.9 se observan los contornos de nivel de presión sonora para el modo tangencial (2,1,0).

Figura 3. 9: Modo tangencial (2,1,0).

Nótese que, sin importar el tipo de modo que sea considerado (axial, tangencial u oblicuo), siempre hay un máximo de

51


presión sonora en las esquinas de la sala.El número de modos AN, contenido dentro de una ban

da de frecuencia dada, de ancho Af se conoce como densidad modal. A Aovaría con la frecuencia / de acuerdo con la expresión:

AN =jcS

+ -----2

4 ff

(3-3)

donde: c es la velocidad del sonido;V es el volumen de la sala;S es la superficie total de las paredes, cielorraso y piso; L es la suma de las longitudes de todas las aristas

de la sala.

Es esa densidad modal de una sala la que produce la “coloración” en la respuesta en frecuencia de instrumentos musicales, lo cual explica el por qué los instrumentos presentan diferentes respuestas en frecuencia, en salas diferentes. Como los modos están más espaciados en las bajas frecuencias que en las altas, este efecto es más evidente en la región de los sonidos graves.

La distribución modal de una sala puede ser determinada mediante un barrido en frecuencia con un tono sinusoidal, usando el instrumental que se muestra en la figura 3.10. El altavoz emite los tonos en una esquina de la sala, donde, como se recordará, todos los modos presentan un máximo de presión. La salida del altavoz se mantiene constante. Se mide el nivel de presión sonora producido dentro de la sala mediante un micrófono situado en la esquina diagonalmente opuesta.

Figura 3. 10: Determinación de la distribución modal de una sala.

52

Niv

el d

e pr

esió

n so

nora

[dB

]El sonido en los recintos

Figura 3. 11: Distribución modal de una sala.

En la figura 3.11 se muestra el resultado obtenido en una cierta sala. Se han identificado los modos individuales, calculados mediante la ecuación modal. Los índices modales se indican arriba del correspondiente pico. La línea de puntos es la respuesta del altavoz dentro de una sala anecoica.

3.3. REVERBERAC IO N

Los modos de una sala actúan almacenando energía sonora. Cuando la fuente sonora se detiene, la energía dentro del modo desaparece gradualmente, produciéndose el fenómeno de la reverberación.

La velocidad de caída depende de la cantidad de absorción acústica dentro de la sala. Esta situación es análoga a aquella de un tanque que está siendo llenado con agua y posee orificios de salida en el fondo, donde el tanque representa a la sala y el agua a la energía sonora. Cuanto más y más grandes sean los orificios de salida del tanque, mayor será la absorción sonora dentro de la sala.

Para una fuente sonora que opera en forma permanente dentro de la sala, la cantidad de energía que se genera es exacta

53


mente compensada por la cantidad de energía que se absorbe. Esto es análogo a tener una altura de agua, h, constante en el tanque.

Cuando la fuente sonora es detenida, la energía dentro de la sala se absorbe gradualmente. En la analogía, cuando el grifo se cierra, el agua del tanque, gradualmente se escurre. La relación a la cual la energía sonora decae, conocida como tiempo de reverberación de la sala, es una de las más importantes características acústicas de un recinto (figura 312)

Figura 3. 12: Tiempo de reverberación.

La reverberación puede ser cuantificada midiendo el tiempo de reverberación, 77?, el cual se define como el tiempo que debe transcurrir para que un nivel de presión sonora establecido dentro de una sala decrezca en 60 dB.

En la figura 3.15 se muestran dos ejemplos de cómo el tiempo de reverberación de una sala puede variar con la frecuencia. La línea punteada es para una pequeña sala de conferencias, de 57 nA El recinto estaba amoblado con mesas y sillas. La línea llena es para un teatro de prosa grande, de 427 m3. Existían alfombras, cortinas y sillas tapizadas. Nótese que pata ambas salas, los tiempos de reverberación más largos ocurren en bajas frecuencias.

54


Figura 3. 13: Tiempos de reverberación de dos salas diferentes.

Los primeros trabajos sobre la reverberación, fueron realizados a fines del siglo pasado por Sabine, que era profesor de Física en la Universidad de Harvard (EE.UU.) . Sabine, utilizó tubos de órgano como fuentes sonoras y observó la reverberación, simplemente escuchándola. Midió el tiempo de reverberación audible mediante un cronómetro.

Sabine logró formular, mediante experimentos, una relación entre la absorción de una sala y el tiempo de reverberación. Para sus experimentos usó el Hunt Hall, ubicado en Cambridge, que aún existe. Logró variar la absorción acústica dentro de la sala colocando almohadones que obtuvo de una iglesia cercana. Los resultados de estas experiencias los condensó en las siguientes leyes:

1) El tiempo de reverberación, es decir, la duración de la sensación sonora después de que la fuente ha sido detenida, era prácticamente el mismo en toda la sala.

2) El tiempo de reverberación, en la práctica, era independiente de la posición de la fuente sonora dentro del recinto.

3) La influencia, sobre el tiempo de reverberación, de una superficie absorbente, era independiente de su posición en la sala.

(Hoy en día, las últimas investigaciones demuestran que estas leyes no se cumplen en todos los casos, como se verá en el capítulo 4).

55


Sabine definió el tiempo de reverberación como aquel tiempo que transcurre desde el momento en que la fuente sonora es detenida, hasta que el promedio de la densidad de energía dentro del recinto ha caído a 10" de su valor estacionario, es decir, 60 dB.

3.3.1. FORMULAS DE CALCULO

Sabine descubrió la siguiente fórmula empírica para la relación entre el tiempo de reverberación TR, la absorción acústica A, y el volumen de la sala V

TR = 0,16 — (3.4)A

donde TR se expresa en segundos, Ven metros cúbicos y A en metros cuadrados.

En esta fórmula, la suma aritmética de todas las absorciones de las superficies individuales (los almohadones usados en el experimento) producían una absorción total A.

Si a cada superficie se le asigna un coeficiente específico /, resulta:

A = £ «, S¡ (3.5)

donde S¡ son las dimensiones de cada superficie [m2] y a¡ los correspondientes coeficientes de absorción sonora (esto se verá con más detalle en el capítulo 4).

Jäger, en 1911, estudió teóricamente la fórmula de Sabine, en cuyo caso fue necesario postular un cierto número de simplificaciones y condiciones, siendo la más importante de ellas, considerar que la energía sonora está distribuida igualmente en todo el local y la igualdad de la absorción sonora en todas las superficies.

En conjunto, la fórmula de Sabine y la teoría de Jäger, permiten enunciar las siguientes importantes relaciones:

1) La relación entre la potencia de la fuente sonora P y la densidad de energía W\ en el estado estacionario, es:

W = — (3.6)cA

donde c es la velocidad de propagación del sonido en el aire [m/s] y A la absorción total [m2]. Pestá expresada en Watts y W en Watts por s/m3.

2) El crecimiento, en un cierto tiempo, de la densidad de energía, luego que la fuente comenzó a emitir viene

56

dado por:W(t) = w ( ç - t c A / A V J (3.7)


3) El decrecim iento, en un cierto tiem po, de Ja densidad de energía, luego que la fuente fue apagada, viene dado por:

Así, la densidad de energía del campo sonoro, suponiendo que está igualmente distribuida, crece y decrece exponencialmente, como se muestra en la figura 3-14,

Figura 3. 14: Crecimiento y decrecimiento de la densidad de energía del campo sonoro en una sala.

Conviene recordar que la percepción del nivel desonoridad, por parte del oído humano, no está dado en función del estímulo físico objetivo, sino más bien de su logaritmo. Luego, es más apropiado considerar, no la densidad de energía sonora, sino su logaritmo. Entonces, el proceso de crecimiento juega un papel mucho menos importante, en las condiciones acústicas de un recinto, que el proceso de decaimiento, según se puede corroborar en la figura 3.14. Esto concuerda perfectamente con nuestras propias observaciones, ya que el proceso de crecimiento nunca es detectado, mientras que el de decrecimiento del sonido en una sala es un fenómeno perfectamente conocido.

La fórmula de Sabine-Jáger no cumple con la condición de que el tiempo de reverberación IR, para absorción total ( a„ =

W (t) = W e, - t c A I 4 V (3-8)

Tiempo [s]

1), valga cero, sino:(3.9)

T57


donde ST es la superficie total de la sala» en metros cuadrados.

Este ejemplo muestra que la fórmula de Sabine-Jäger no puede aplicarse a salas muy absorbentes. Investigaciones posteriores han tratado de mejorar la fórmula de Sabine. Mientras que Jäger confirmó la fórmula lograda experimentalmente por Sabine, en base a la energía sonora distribuida, Eyring, en 1930, supuso la existencia de rayos sonoros que perdían una cierta cantidad de su energía cuando impactaban en una superficie, es decir, cuando se reflejaban.

Contrariamente a los resultados de Sabine, los cálculos de Eyring, mostraban que la absorción A puede ser expresada así:

donde:A = - S T ln (1 - a ) (3.10)

ST = X Sn es la superficie total de la sala en m2, y a es el coeficiente de absorción promedio, dado por

a X2 *

(3.11)

Para pequeños coeficientes de absorción a n, la diferencia entre las fórmulas de Eyring y de Sabine es despreciable. Para grandes coeficientes de absorción, en cambio, la diferencia es muy importante. Puede fácilmente verse que, cuando a = 1, TR = 0, como era de esperar.

En 1931, Kundsen mejoró aún más la fórmula de Eyring, tomando en consideración la absorción del aire:

donde V:5..;am:

TR = 0,16 V-S t In(l-ct) + 4mV

(3.12)

volumen de la sala, en metros cúbicos; superficie total, en metros cuadrados; coeficiente de absorción promedio; factor que depende de la humedad y de la frecuencia.

El factor m es sólo importante a frecuencias por arriba de 3 000 Hz, como se muestra en la siguiente tabla:

Humedad atmosférica relativa (%)

constante de atenuación m íl/ml

3.000 Hz 4.000 Hz 6.000 Hz

20 0,010 0,016 0,03230 0,005 0,008 0,01570 0,004 0,006 0,013

Tabla 3.1. El factor m en función de la humedad.58


En muchos casos, esta corrección es menor que la exactitud con que se mide o se calcula la reverberación, por lo cual, en la práctica, su importancia es muy pequeña, y rara vez se toma en consideración.

Como puede verse, todas las aproximaciones basadas en los métodos estadísticos no presentan ventajas prácticas sobre la simple fórmula de Sabine, descubierta en forma experimental. Por consiguiente, no existen razones fundamentales para preferir las fórmulas deducidas de métodos estadísticos.

3.4. NIVELES SONOROS EN UNA SALA

En el espacio Ubre, las ondas sonoras pueden suponerse esféricas, y la presión sonora disminuye 6 dB cada vez que se duplica la distancia desde la fuente.

Dentro de un local, las ondas sonoras se reflejan en las paredes, piso y techo, sumándose el campo directo y el campo reverberante. Al campo reverberante se lo llama también campo difuso.

Para una fuente que irradia sonido en forma esférica, la intensidad sonora debida al campo directo vale:

L =W_

A itr¿(3.13)

y la intensidad del campo reverberante puede ser expresadacomo:

Ir =4 W

Rdonde R es la constante del local, dada por:

S aR =

(1 - a )

(3.14)

(3.15)

siendo S el área total del local, en metros cuadrados y a el coeficiente de absorción promedio.

Combinando estas dos expresiones:

/ = ULE. + L E (3.i6)Alt r 2 R

donde D es el factor de directivídad de la fuente.

Cuanto más cerca se está de la fuente, mayor es la contribución del campo directo. A cierta distancia, el campo directo y el campo reverberante se igualan:

DAlt r 2

(3.17)_4R

59


A esa distancia se la conoce como radio del local, cuyovalor es:

riR D

16 n (3.17)

Si dentro de un local se produce un ruido (por ejemplo, golpe de manos), llegan al oyente la onda directa y todas las ondas reflejadas, aunque éstas lo hacen con un cierto retardo. El retardo y la intensidad de las primeras ondas reflejadas, comparadas con la onda directa, definen la calidad acústica de un local. Reflexiones aisladas con un retardo de más de 30 milisegundos dan la sensación de “ecos”.

Para que esto no ocurra, las primeras ondas reflejadas deben recorrer un camino a lo sumo 10 metros más largo que el de la onda directa.

3.5 BIBLIOGRAFIA

L. Bevanek, Acústica, Editorial HASA, 1961.

K .R. Ginn, Application o f B&KEquipment to Architectural Acoustics, Naerum Offset, 1978.

H. Glasserman de Dayan, Absorción Acústica, revista Telegráfica Electrónica, Junio y Julio 1987, págs. 416-419 y 503-504.

60

4.1. INTRODUCCION

La absorción acústica o sonora (transformación de energía sonora en energía térmica) es un factor de fundamental importancia en el control de la acústica de un recinto. Es quizás, el factor más poderoso que interviene en la calidad acústica de dicho recinto. La mayoría de los materiales que se usan actualmente en la construcción (cemento, yeso, placas plásticas duras, etc.) son muy poco absorbentes en cuanto a sonido se refiere, a tal punto que en muchos casos sólo el 4 o el 5 por ciento de la energía sonora incidente es absorbida; el 96 o el 95 por ciento restante es reflejado nuevamente al interior. Con esos porcentajes de absorción, hacen falta alrededor de 100 o más sucesivas reflexiones como para reducir la intensidad del sonido hasta la ínaudíbilidad. Todo esto repercute en dos parámetros que influyen en la acústica de la sala. Uno es la energía sonora de equ ilibrio de dicha sala y otro es el tiempo de reverberación de la misma.

Con respecto al primero, se puede hacer una analogía con la luz; así como los espejos, y las paredes y techos claros, hacen a un recinto más luminoso, las superficies rígidas y duras hacen a un recinto más sonoro.

Con respecto al segundo, se puede decir que como cada sonido no se extingue al llegar a una superficie que lo refleja, entonces perdura en el aire más tiempo, y este tiempo será más largo cuanto más reflexiones sucesivas necesite para hacerse inaudible, haciendo la sala más reverberante.

Para aclarar más estos conceptos, cabe el siguiente ejemplo: supóngase una fuente sonora que está entregando una cierta potencia (energía por unidad de tiempo) a una sala, como si

61


fuera una canilla, que, con un determinado caudal, vierte agua en un tanque inicialmente vacío. El tanque posee pequeños orificios en el fondo, que producen una pérdida del agua que se va acumulando en el interior. En la sala estos orificios corresponden a la absorción sonora que poseen sus superficies. Cuanto mayor sea la absorción, mayores serán los orificios. Puede entonces imaginarse a dicha sala “llenándose de energía sonora”, hasta que las pérdidas en las superficies y en el aire, igualen a la potencia que se está entregando. En ese momento la sala ha llegado a su energía sonora de equilibrio. En el tanque, esto ocurrirá cuando la presión de agua en el interior, produzca igual caudal por los orificios que el que le entrega la canilla. Esa será entonces la presión de equilibrio del tanque, dada para una altura de agua determinada. Se desprende entonces, que así como en el tanque esta altura de agua depende, no sólo de el caudal de agua que se entrega, sino que también del tamaño de los orificios; en la sala, la energía sonora de equilibrio dependerá entonces, no sólo de la potencia sonora de la fuente, sino también de la absorción sonora de las superficies. Ahora, supóngase que en forma instantánea, se cierra la canilla. Entonces, el nivel de agua en el tanque no baja instantáneamente a cero, sino que decrece en forma más o menos rápida, dependiendo del tamaño de los orificios. En el caso de la sala, también acontece que si se interrumpe abruptamente el sonido que generaba la fuente sonora, el nivel sonoro irá decreciendo más o menos rápido, dependiendo de la absorción de las superficies. Cuanto menor sea la absorción, más lentamente decrecerá el nivel sonoro en el recinto. Si se mide el tiempo que tarda el nivel sonoro en decrecer 60 dB, se está midiendo el tiempo de reverberación, que como puede apreciarse, depende exclusivamente de la absorción sonora que tenga dicha sala.

El hecho de que una sala no tenga controlados los dos parámetros fundamentales (energía sonora de equilibrio y tiempo de reverberación), repercute tanto en el confort acústico de las personas que allí se encuentren, como en la comunicación entre ellas. Si la sala es muy sonora, se produce un aumento del nivel sonoro general de ésta, pudiendo producirse problemas como la falta de concentración, enmascaramiento del habla, etc. Si la sala es muy reverberante, entonces las sílabas comienzan a entremezclarse, puesto que cada una de ellas perdura mucho más tiempo en el aire, y por lo tanto se produce una pérdida de la intelegibilidad.

Los materiales fonoabsorbentes (materiales que absorben el sonido) son usados justamente para controlar, dentro de ciertos límites, esos dos parámetros, y por eso es muy importante conocer las características de dichos materiales, puesto que cada recinto debe ser optimizado en función de su uso posterior.

62

Absorción acústica

4.2. ASPECTOS TEORICOS

4.2.1. COEFICIENTE DE ABSORCION

Cuando una onda sonora incide sobre la superficie de un obstáculo, lleva consigo una cierta energía acústica, que se puede expresar como E{ (energía incidente). Parte de esta energía es reflejada por la superficie, la Ex (energía reflejada), y retorna al recinto. La otra parte de la energía penetra en la superficie y parte de ella es absorbida mediante varios mecanismos. Por un lado, por fricción en la superficie misma; por otro lado, se desgasta en poner en movimiento vibratorio al obstáculo, con su consiguiente generación de calor por pérdidas en la misma estructura. Además, si la superficie es porosa o fibrosa, se producirá fricción del flujo de aire contra las paredes de los poros o fibras, y también fricción viscosa en el mismo flujo de aire, dentro y fuera de los poros o fibras, por ser su velocidad distinta en distintos puntos (flujos laminares o turbulentos); a esta parte de la energía se la denomina Zsa (energía absorbida). La otra parte de la energía que ha penetrado en la superficie y que no se absorbe, es aquella parte que se transmite y se irradia en la cara opuesta del obstáculo, la Ex (energía transmitida). La figura 4.1 muestra un esquema de este proceso.

Figura 4. I: Reflexión, absorción y transmisión del sonido.

La eficiencia de absorción de la superficie involucrada en este tipo de proceso, se da en términos de un coeficiente de absorción, designado por la letra griega “a ”. Hay varias formas de este coeficiente [1], a saber:

Coeficiente de absorción p a ra un dad o ángulo de incidencia, oce :

6 3


El coeficiente de absorción se define como larelación entre la energía sonora absorbida por una superficie (Efl) y la energía sonora que incide, con un cierto ángulo 0 , sobre dicha superficie (E ¡e), es decir:

y por lo tanto, el valor de a g tomará valores numéricos entre 0 y 1.Cuando las ondas sonoras viajan a través de un recinto,

se producirán muchas reflexiones, y por lo tanto, impactarán en cualquier superficie con varios ángulos de incidencia. La mayoría de los materiales absorbentes tendrán diferentes coeficientes de absorción para los diferentes ángulos de incidencia.

Coeficiente de absorción estadístico, a e t .-

A los fines de disponer de un valor numérico que dé una idea general de la absorción de una superficie, se define el coeficiente de absorción estadístico a est (para una superficie de extensión infinita), como la relación entre la energía sonora absorbida por una superficie (E({ ) y la energía sonora incidente sobre dicha superficie cuando el campo sonoro es perfectamente difuso (E¡), es decir que el ángulo de incidencia varía constantemente en una forma completamente aleatoria. Los coeficientes de absorción estadísticos (llamados a veces coeficientes de absorción de incidencia aleatoria) toman valores que oscilan entre 0.01 para el mármol hasta 0.996 para superficies cubiertas con grandes cuñas de lana de vidrio como las utilizadas para cámaras anecoicas. El máximo valor estadístico teórico para una superficie plana de un material absorbente se puede calcular teóricamente y da aproximadamente 0.96 12].

Coeficiente de absorción sonora m edida en laboratorio (coeficien te de absorción sonora de Sabine), otSah

La mayoría de los coeficientes de absorción sonora que se publican [3], se obtienen mediante la medición del tiempo de reverberación en cámara reberverante con y sin muestra (este método se describe en el capítulo 5). El correcto diseño y operación de una cámara reberberante debe asegurar un campo sonoro prácticamente difuso en las cercanías de la muestra que se desea medir, lo cual muchas veces es imposible de lograr. Por esta razón, un coeficiente de absorción determinado por este método, invariablemente excede el valor verdadero del coeficiente de absorción estadístico a est definido anteriormente, algunas veces

6 4


hasta en un 50% en frecuencias cercanas a 500 Hz y en un 20% en frecuencias tan altas como 4 kHz. Por esta razón, los coeficientes de absorción sonora medidos de esta forma deben denotarse con un símbolo diferente [4].

Las diferencias entre los valores de a esf y 0tSab, han sido discutidas durante muchos años, y esto fue por diferentes factores [51. Uno de los aspectos más interesantes del problema es el hecho de que, para materiales altamente absorbentes, el valor de a Sab puede exceder la unidad, tanto como un 20%, un 30%, o aún más.

La difracción del campo sonoro incidente en un obstáculo de dimensiones finitas, es un factor muy importante [6] el cual parece tener en cuenta la mayor parte de la diferencia ( ctSah - a est) en bajas frecuencias, pero probablemente, no más que una pequeña parte de ella para altas frecuencias.

El área de material absorbente usada para la medición del coeficiente de absorción en una cámara reberverante, es un problema de compromiso: si el área es muy grande, la absorción total de la sala se hace demasiado grande y el campo sonoro incidente no es lo suficientemente difuso. Si el área es pequeña, entonces las correcciones para tener en cuenta la difracción se hacen grandes. Estas consideraciones hacen que las cámaras reverberantes sean grandes y también lo sean las muestras a medir.

Coeficiente de reducción de ruido, NRC:

Cuando no se da una curva o un conjunto de valores de un material comercial, su comportamiento es algunas veces especificado sólo a 500 Hz, o más habitualmente, por un coeficiente de reducción de ruido NRC obtenido a través de la promediación de los oiSab para las frecuencias de 250, 500, 1.000 y 2.000 Hz.

Los coeficientes de absorción (cualquiera de ellos) de un material dado, dependen además de otros factores. Uno es la manera en que dicho material está montado. Además ellos dependen también fuertemente de la frecuencia del sonido, y por lo tanto, cuando se quiera caracterizar algún material por su a , debe darse o bien una curva de la absorción en función de la frecuencia, o bien especificar el valor del coeficiente para distintas frecuencias o intervalo de ellas (octavas, tercios de octava, etc.).

En todos los casos, los coeficientes de absorción sonora (de aquí en más a representa a cualquiera de ellos) son una relación de energías y por lo tanto da un valor adimensional.

65


4.2.2 AREA EQUIVALENTE

Conocido el a de una superficie, puede entonces conocerse lo que se denomina área equivalente de una superficie A, como

A = a S [m2] (4.2)

donde S es la superficie expresada en m2 y el a coeficiente de absorción sonora de la superficie.

Actualmente la unidad normalizada internacionalmente de A es el m2. Antes la unidad de A era el Sabine, gracias a que se tomaba como unidad para a el Sabine/m2. Esto hacía que el área equivalente A de una superficie, al estar expresada en Sabines, diera una idea de la absorción que dicha superficie tiene, a diferencia del valor 5 de la superficie, que en m , sólo determina las dimensiones de la misma. En efecto, pueden tenerse dos paredes de iguales dimensiones superficiales, y por lo tanto iguales S, pero al tener distintos revestimientos, pueden tener muy distintos valores de A.

Conociéndose el a de cada superficie de un recinto, puede entonces conocerse lo que se define como el coeficiente de absorción m edio d e un recinto, a , como:

(4.3)

donde Si es el valor de cada una de las n superficies que conforman el recinto, a¡ el coeficiente de absorción de cada una de dichas superficies y S la superficie total del recinto.

El a da una idea de la energía sonora de equilibrio que puede tener un recinto, cuando opera dentro de él una fuente sonora.

Se jxiede entonces definir el área equivalente total de un recinto, A , como

A = a S (4.4)

Conociendo el Á de una sala, antes y después de un tratamiento acústico, puede determinarse entonces la mejora o reducción del nivel de ruido reverberante (que tiene que ver con la energía sonora de equilibrio), aplicando que

66


AN = 10 log ^ WB1 (4 5)

donde AN el la reducción del nivel de ruido reverberante y Ax y A2 las áreas equivalentes totales del recinto antes y después del tratamiento, respectivamente. En la figura 4.2 se muestra un gráfico en donde entrando con el valor de la relación entre A2 y A1 por la parte inferior, se obtiene, en la parte superior, el valor de AN en dB [7].

REDUCCION DEL NIVEL DE RUMO REVERBERANTE (AN)

o s k>* is zonap 1 \ 1 i1 C-t-rVVi|' l l . | I ,1 |1 2 5 »* * 0 90 100

RELACION DE AREAS EQUIVALENTES TOTALES DEL RECINTO (A2/AI1

Figura 4. 2: Reducción del nivel de ruido reverberante.

Es importante destacar, que el tratamiento acústico mediante la fonoabsorción, solamente actúa sobre el cam po sonoro reverberante, lo cual implica que lo máximo que se puede hacer es eliminarlo (en condiciones ideales). Por lo tanto, la cota inferior teórica del nivel de ruido general de la sala, estará dada por el cam po sonoro directo de la o las fuentes que están operando en el lugar, tal cual como si fuese en campo libre. Esto implica que la mejora es solamente apreciable cuando se está en algún lugar en donde el nivel sonoro total se debe principalmente a la contribución del cam po reverberante (lugares distantes de las fuentes), no así en donde el principal contribuyente es el cam po directo (en las cercanías de alguna fuente). En la figura 4.3 se puede apreciar este efecto [7].

Obsérvese que un sujeto ubicado cerca de una fuente sonora, no percibirá diferencia alguna antes y después de un tratamiento acústico con absorbentes; en cambio, sí lo hará una persona ubicada a una cierta distancia de dicha fuente.

67


RECINTO SIN TRATAMIENTO ACUSTICO

I........ ........ ...ONDAS SONORAS DIRECTAS N> 11 « é r « « w l

r~ir— if— i r \ onoas sonoras refueaaoas oesoe e l c ie lo r r aso o~ PISO

Figura 4. 3: Tratamiento absorbente de un recinto.

En la figura 4.4 se aprecia cómo cambia el nivel sonoro del campo reverberante, para distintas distancias con respecto a la fuente sonora y para tratamientos con distintos materiales [71.

Debe tenerse en cuenta, además, que en situaciones reales, el límite práctico está dado por una reducción de aproximadamente 10 dB, debido a diversas razones. Por una parte, el punto de vista estético y económico. Por otra parte, el hecho de que una sala

REGION OE TRANSICION

2 ao

CAMPO REVERBERANTE

RECINTO SIN TRATAMKNTOOC4 * 4 *2 J m CON PAREDES BE VESO.PISO T _CIELORRASO OC H0ftMI*QN.

CAMPOUBRE

. 34B CAMPO

KMB

r eve r b e r a n tel*W /A

1• W /4 tí 4 * CIELORRASO CON TRA TAMKMTO ACUSTICO

V 1 « OELORRASOY PARE. ■—- OES TRATADASk

\------- 1— —

. FVTfMOR (DECAI.

V MIENTOOE 648 AL - OUPLICARSE LAA DISTANCIA!

.... N i ..........1_______

cu 02 0,4 1 2 4 n 20 40 100D istancia desde la fuente [m ]

Figura 4. 4: Absorción del campo sonoro reverberante.

68


totalmente recubierta por material fonoabsorbente pasa a ser lo que se llama una sala “muerta”, donde se siente una sensación de ahogo subjetivo que no es nada placentera. Si se desea usar este recinto como lugar para escuchar música, el sonido pierde cuerpo, llegando sólo en forma directa al oyente. Además, es necesario considerar que la AN calculada es válida para una determinada frecuencia. Si la reducción es muy alta, por ejemplo para 500 Hz, en las demás frecuencias probablemente sea menor, y la sensación integral, resultado de percibir todas las frecuencias, significará una menor reducción del ruido global [7],

Resumiendo, la reducción sonora que se puede obtener mediante la fonoabsorción, no es muy elevada, de modo que los problemas de ruido excesivo se deben tratar combinando absorción con aislamiento, o mejor, cuando se pueda, actuando directamente sobre la fuente. De todos modos, el hecho de revestir paredes y techos de un local ruidoso, que reduce el nivel fácilmente en unos 4 ó 6 dB (para materiales comunes en plaza), trae una mejora apreciable, pues, recordando las curvas de sonoridad, bajar 10 dB significaría reducir la sensación subjetiva del ruido a aproximadamente la mitad. Sin embargo, es muy importante apelar a los materiales fonoabsorbentes, cuando se trata de música en ambientes o problemas de intelegibilidad [7], como se verá continuación.

4.2.3. TIEMPO DE REVERBERACION

Como se ha dicho en la primera parte de este capítulo, cuando se interrumpe abruptamente la emisión de un sonido en un recinto, la energía sonora decrece, y lo hace exponencialmente; es decir, el nivel sonoro decrece linealmente, según se muestra en la figura 4.5 [71.

Figura 4. 5; Tiempo de reverberación de un recinto.

6 9


La velocidad con que se extingue el sonido, determina el tiempo de reverberación TR, que es el tiempo que demora el nivel sonoro en decaer 60 dB. Este parámetro depende de la absorción de los materiales que se encuentran en el recinto, y por lo tanto, de la frecuencia; por lo que se mide un valor de TR para cada una de ellas. La fórmula de Eyring relaciona el TR con el a de la siguiente manera:

TR = 0-161 V [si (4.6)5 ln [l/ (l-a)]

donde Ves el volumen del recinto en má y S la superficie interior del recinto. Para a pequeño, se puede aproximar mediante la fórmula de Sabine

TR = ü- 10 K IsJ (4.7)a S

El TR es una de las características fundamentales que definen las bondades de un recinto desde el punto de vista acústico. En la tabla 4.1 se detallan los valores óptimos de tiempo de reverberación, en el rango de 500 a 1.000 Hz para auditorios e instalaciones similares 17]. Estos valores dependen del volumen de la sala, como se verá en el capítulo 10.

TIPO DE SALA TR [s]

Estudios de radiodifusión 0.2 a 1.0Aulas 0.5 a 0.9Recintos de conferencias 0.8 a 1.4Cines 0.7 a 1.3Pequeños teatros 1.1. a 1.5Cámaras de música contemporánea 1.2 a 1.9Auditorios para ópera 1.3. a 1.9Auditorios 1.4 a 2.0Salas de conciertos sinfónicos 1.6 a 2.2.Salas para coros u órgano 1.9 a 3.4

Tabla 4.1. Tiempos de reverberación óptimos de salas.

El TR es tan importante para la acústica de un recinto, que el no tener en cuenta este factor, puede malograr un diseño bellísimo de, por ejemplo, una sala de conferencias; hasta el punto de que tal sala puede no ser apta para dar una conferen

70


cia por problemas de intelegibilidad. Es de vital importancia que en el diseño se tomen en cuenta todos los recaudos necesarios para lograr el éxito posterior, en cuanto a calidad acústica se refiere. Es por este motivo que debe tenerse en cuenta que, si bien las ecuaciones 4.6 y 4.7 relacionan el TR del recinto con el a , esto no se cumple exactamente en todas las condiciones. El TR depende no solo de V, S y a , sino que también depende, en la práctica, de la geometría del local, la distribución de los materiales absorbentes, la ubicación de las fuentes, etc. Las ecuaciones 4.6 y 4.7 pueden guiar en una primera aproximación, pero se debe diseñar en forma flexible, de modo tal que pueda luego ajustarse el TR después de realizar mediciones in situ. Actualmente se utiliza, con el fin de evitar el método iterativo de medición y ajuste in situ, el método de sim u la ción num érica, método por el cual se emulan las condiciones reales en un modelo de computadora; de esta forma y mediante un software especializado, se define primeramente la geometría del local, luego los materiales allí dentro presentes (sus a por frecuencias), se coloca la o las fuentes en puntos espaciales determinados, y luego de ajustar una serie de parámetros adicionales, se ejecuta el programa, el cual calcula entre otros valores, el TR del recinto, los niveles sonoros en distintos puntos y la densidad de energía sonora también en distintos puntos; a partir de allí, todos los ajustes se realizan en el modelo, y se realiza el proceso de cálculo tantas veces como sea necesario hasta encontrar los valores óptimos. Otro método también utilizado, es la realización de maquetas, es decir, modelos a escala del recinto y también de los materiales y los sonidos,; realizándose allí lodos los ajustes necesarios. De todos modos, siempre es necesario un ajuste final in situ, por lo cual siempre habrá que dejar un margen de flexibilidad al proyecto.

4.3. ABSORBENTES SONOROS

Cualquier superficie, de cualquier material, y cualquier objeto, animado o inanimado, absorbe sonido en mayor o menor grado.

En la práctica, las características reales de absorción acústica de cualquiera de ellos, dependerá de varios factores.

Uno de ellos es el m aterial que lo componga. Por un lado, el material de la superficie en contacto con el medio en donde se encuentre el campo sonoro (por ejemplo, un piso recubierto con baldosas cerámicas, tendrá muy diferentes características de absorción que el mismo piso pero recubierto con alfombra); por otro lado, el material de su parte interna (un

71


panel de lana de vidrio recubirto con tela, absorberá de distinta manera que uno de poliestireno expandido recubierto con la misma tela).

Otro de los factores que intervienen en la absorción es la fo rm a constructiva en que se utiliza un material dado. Por ejemplo, un cielorraso de yeso aplicado sobre una losa tendrá diferente absorción que uno suspendido mediante metal desplegado.

Otro factor muy importante es la fo rm a y dim ensiones del objeto o superficie. Un ejemplo de esto se puede apreciar considerando que 1 m2 de revestimiento plano con un espesor determinado, de un material dado, aplicado sobre una pared; tendrá distintas características de absorción que 1 m2 del mismo material, con el mismo espesor, aplicado sobre objetos tridimensionales, como ser, por ejemplo, cubos suspendidos desde un techo (absorbentes funcionales).

Por último, otro factor importante, es el lugar fís ico en donde esté ubicado el absorbente. Por ejemplo, un material poroso, permeable al sonido, como puede ser una placa de 5 cm de espuma de poliuretano, no absorberá lo mismo si está pegada a una pared, que si se coloca a una cierta distancia separada de ella.

Todos estos factores, juntamente con algunos otros, hacen que no existan datos absolutos de absorción de materiales u objetos, quizá porque nadie se tomó el trabajo de medirlos o más probablemente porque es impráctico hacerlo. Lo que sí es práctico, es tener datos comparativos, relativos, de distintos materiales u objetos, como para poder evaluar de antemano las distintas tendencias absorbentes.

Es muy difícil entonces hacer una clasificación de los distintos absorbentes sonoros, porque en general se combinan las características del material, con el montaje, con la forma y dimensiones, con el espesor, con la ubicación física y con algún otro factor que hace que distintos autores los clasifiquen de diferentes maneras.

Teniendo en cuenta lo anterior, se presentan algunos de los absorbentes sonoros más utilizados, agrupados según varias características comunes a todos ellos.

4.3.1. ABSORBENTES POROSOS

Son materiales permeables al sonido, esponjosos o fibrosos, que contienen canales finos intercomunicados entre sí en su interior.

72


Cuando una onda sonora impacta sobre el mismo, la presión sonora hace vibrar al aire contenido en los poros y por distintos mecanismos de fricción contra las fibras y en el aire mismo, se produce la degradación de la energía sonora. Estos materiales pueden ser rígidos (como el amianto, la celulosa, etc.) o flexibles (como la lana de vidrio, lana mineral, espuma de poliuretano, estopa, etc.).

Los absorbentes porosos pueden ser divididos en dos grupos, dependiendo éstos de su espesor [1], Si la longitud de onda del sonido de interés es grande comparada con el espesor del material, entonces el absorbente es tipo hoja, y la absorción está gobernada por efectos de fricción viscosa en su superficie y por la densidad superficial del mismo material. Si la longitud de onda del sonido de interés está en el orden de magnitud o menor que el espesor del material, entonces el absorbente es volumétrico, la absorción está controlada por efectos de fricción viscosa, efectos térmicos y por la densidad volumétrica del material. En general, estos materiales se combinan para dar absorbentes de estructuras más complejas.

Un factor importante en la absorción acústica de este tipo de materiales, es la llamada resistencia a l f lu jo R del material, que es una medida de la dificultad con la cual el aire atraviesa la unidad de espesor de la muestra. En relación con la resistencia al flujo, es necesario encontrar un valor intermedio, pues, por un lado, es conveniente tener un R bajo en la superficie, de forma tal que la penetración del aire sea fácil, pero por otro lado, una vez en el interior del material, conviene que R sea alto para que la fricción sea mayor, aumentando la absorción. En la figura 4.6 se muestran los valores óptimos de la resistencia al flujo, para distintos espesores, a la frecuencia de 500 Hz [71.

Hojas de material absorbente, montadas sobre alguna cavidad rellena con absorbente volumétrico o con aire, son usadas frecuentemente para atenuar sonidos que se propagan por conductos en los cuales^hay un flujo de aire de gran velocidad. También son usadas como cubiertas protectoras de absorbentes volumétricos, como por ejemplo para cubrir lana de vidrio, la cual es altamente peligrosa por las partículas que desprende, o para evitar una degradación del absorbente volumétrico debida a agentes externos; pueden ser cubiertas con fines estéticos; y además como complemento de algún otro absorbente (actuando sobre la R en la superficie). Estas hojas pueden estar compuestas por fibras aglomeradas, fieltros, e inclusive placas perforadas con pequeños agujeros.

7 3


/\ 100 m m

\ y

30m m - -\ 1

lOmm .. —

I0 4 10* to* K>7D E S ISTEN C IA AL FLUJO (M KSI

Figura 4. 6: Resistencia al flujo a 500 Hz

Los absorbentes porosos volumétricos se componen en general de fibras o espumas, y pueden formar placas rígidas o flexibles. En sus características de absorción interviene, además de otros factores (tales como la porosidad, resistencia al flujo, diámetro de las fibras, etc.), el llamado fa c to r d e estructura, el cual fue descripto por Zwikker y Rosten [8], y que tiene en cuenta un aumento efectivo de la densidad del aire contenido en los intersticios. Este incremento resulta de la complejidad de los caminos que son forzadas a seguir las partículas en el interior del material, a medida que una onda sonora lo atraviesa [1].

Las características de absorción de todos los absorbentes porosos, tienen en común un alto a para altas frecuencias, y por este motivo, son usados para absorber en ese rango. Para mejorar un poco la absorción en frecuencias más bajas, se utilizan distintos métodos de montaje, como puede ser dejar espacios de aire entre el absorbente y la superficie a tratar. En la figura 4.7. se pueden observar las características absorbentes de un material poroso montado sobre una pared rígida, con y sin espacio de aire (el material era lana de vidrio, de 80 kg/m3 de densidad, de un dado espesor) [91.

74


12S 2 5 0 5 0 0 1000 2 0 0 0 40001

Frecuencia [Hz]

Figura 4. 7: Absorción de paneles de lana de vidrio montados sobre una pared rígida, con y sin espacio de aire.

En la figura 4.8 se puede ver claramente la dependencia de la absorción (sobretodo en bajas frecuencias) con el espesor de la capa de aire que separa al absorbente poroso de la pared [91.

Frecuencia [Hz]

Figura 4. 8: Absorción de un material poroso en función del espesor del espacio de aire (indicado en curvas).

Existen muchas más variantes en e l montaje, que h a c e ncambiar la absorción de un material poroso simple. En la f ig u ra

75


4.9 a, se observa el comportamiento de un material poroso simple, en donde se puede apreciar claramente que la absorción es relativamente buena a partir de los 1.000 Hz. En la figura 4.9 b, se observa el comportamiento del mismo material al cual se le ha agregado una cubierta protectora (absorbente poroso tipo hoja), con lo cual se mejoran un poco las características en más bajas frecuencias (500 Hz) a costa de un pequeño empeoramiento en la ' altas. En la figura 4.9 c, se pueden ver las características del material mecanizado, es decir, con perforaciones en la superficie, lo cual disminuye la R superficial, permitiendo al sonido penetrar mas fácilmente en el absorbente.

Figura 4. 9: Conformaciones de absorbentes porosos.

Comercialmente, estos absorbentes porosos más complejos, vienen ya ensamblados, y se les conoce generalmente con el nombre de baldosa o azulejo acústico. En la figura 4.10, se ve un corte de uno de ellos [71.

Figura 4. 10: Corte de una baldosa acústica.

76


En la figura 4.11, se observan curvas que muestran los rangos probables de los coeficientes de absorción sonora, para absorbentes porosos, lisos o Asurados, de varios espesores, montados a distintas distancias de una pared rígida [101. Los valores publicados se encuentran por lo general entre los límites de dispersión indicados, aunque pueden encontrarse importantes excepciones.

mm. s¡n espacio A de a ire d e trá s

m m , d e 1 0 0 a=¿=JS*“ 15 0 m m d e a ire d e trá s

M » 4 00 1000 4000 10.000Frecuencia [Hz¡

Figura 4. 11 : Rangos probables de absorbentes porosos.

En la figura 4.12 se observa la dependencia de la absorción sonora de un material poroso simple con respecto a su espesor [1.1].

Lf ,.............— .. i-H ---------— -------1---- L- l -X -U .L4 0 5 0 too 3 0 0 500 1000 2000 5000 1 0 0 0 0

Frecuencia (Hz!

Figura 4. 12: Dependencia de la absorción de un material poroso con el espesor.

77


En síntesis, se puede decir que hay innumerables variantes de absorbentes sonoros porosos, pero, en general, son usados fundamentalmente para absorber en altas frecuencias (1.000 Hz o más). No obstante esto, las características de absorción pueden variarse, utilizando diferentes técnicas de montaje, y usando diferentes materiales, mediante combinaciones de ellos.

4.3.2. ABSORBENTES TIPO PANEL

Un absorbente tipo panel (o panel absorbente), está constituido básicamente, por una superficie de algún material impermeable al aire, fijado a una cierta distancia de una superficie rígida (generalmente la superficie a tratar) y dejando una cavidad hermética entre ambas. La figura 4.13 muestra un esquema de lo anterior.

Figura 4. 13: Esquema de un absorbente tipo panel.

La absorción sonora en este tipo de sistema, se basa en el hecho de que cuando una onda sonora incide sobre la superficie, ésta última vibra de acuerdo a la excitación, produciendo un movimiento oscilatorio en el cual hay transformación de energía sonora en calor, debido a diferentes pérdidas de fricción en la estructura y en el aire contenido en la cavidad [12].

Acústicamente, se pueden dividir las superficies en dos grandes grupos: las m em branas y las p lacas 1131. Aquellas superficies cuya rigidez es despreciable comparada con la fuerza restauradora debido a las tensiones que la sujetan, son llamadas m em branas {por ejemplo los parches de bombos o diafragmas de micrófonos a capacitor). Cuando en cambio, la rigidez es un factor importante, entonces la superficie es llamada p la ca (por ejemplo los diafragmas de algunos altavoces).

Cuando una onda sonora incide sobre alguna de estas superficies, produce en ella una deformación vibratoria muy complicada, y que a su vez, es diferente para membranas y placas. Esta deformación o comportamiento vibratorio depende, además, de las condiciones de contorno (incluyendo la forma del contorno), del ángulo de incidencia del sonido y de la ubicación relati- 78


va de la o las fuentes sonoras.Todos estos conceptos, hacen muy complejo el análisis

teórico de este tipo de sistemas, y por lo tanto, la predicción del comportamiento de este último. Es por esta razón, que casi la totalidad de los autores, estudian estos absorbentes haciendo grandes simplificaciones (lo cual no significa que en la práctica ellas se cumplan usualmente) para poder obtener las tendencias absorbentes de estos dispositivos.

Las simplificaciones e hipótesis que invariablemente se realizan, son las siguientes:a) que el panel está sujeto en un contorno y que no se deforma

ante la incidencia del sonido, sino que vibra a modo de “pistón” (como lo hace aproximadamente el cono de un altavoz);

b) que la cavidad que se encuentra entre el panel y la superficie rígida es prácticamente hermética (por lo menos en las frecuencias de interés).

Bajo estas consideraciones, los parámetros que gobiernan el comportamiento de este absorbente son:a) la masa por unidad de superficie del panel;b) el espesor de la cavidad de aire;c) el am ortiguam iento del sistema (esto tiene que ver con las

pérdidas de fricción que se produzcan en el dispositivo).

De esta manera, el aire encerrado actúa como un resorte, en el cual está montado el panel a modo de masa. Todas las pérdidas por fricción que se producen en el sistema, actúan como am ortiguador de la vibración. La figura 4.14 muestra el equivalente mecánico de este tipo de absorbentes.

m

Ipil»

Figura 4. 14: Equivalente mecánico de un absorbente tipo panel.

Puede demostrarse [12], que bajo las condiciones citadas anteriormente, este sistema tiene una frecuencia de resonancia C fres), para lo cual la velocidad de desplazamiento del panel

79


es máxima y por ende es máxima también la absorción sonora de este dispositivo, siendo dicha frecuencia determinada por la fórmula

_ L E l i [Hz] (4.8)2 k V m d

donde p es la densidad del aire [kg/m3], c la velocidad de propagación del sonido en el medio [m/s], m la masa por unidad de superficie del panel [kg/m 2], y d es el espesor de la cavidad de aire [m].

Los paneles absorbentes son útiles cuando se quiere absorber sonido de baja frecuencia (menos de 500 Hz), debido a que en frecuencias más altas es impráctico construirlos. Una de las razones es que las dimensiones de estos paneles deben ser menores que la longitud de onda de la frecuencia de interés, para que se cumpla con la condición de movimiento tipo pistón. Además, para obtener frecuencias de resonancia más elevadas, es decir entre 500 y 1.000 Hz, deben lograrse cavidades de aire de muy pequeño espesor (pocos milímetros) y que el material utilizado para panel tenga una baja m, lo cual no es muy fácil puesto que en general, para materiales comerciales (tales como el hardboard, madera terciada, etc.) la m tiene un límite práctico inferior.

La figura 4.15 muestra las características de absorción de paneles absorbentes simples, en donde las diferentes curvas muestran diferentes grados de amortiguamiento para la misma configuración p -c-m -d (misma frecuencia de resonancia). Para mayores amortiguamientos, se obtienen curvas de absorción más planas.

Pnwuonota

Figura 4. 15: Distintos grados de amortiguamiento y absorción para absorbentes tipo panel.

80


En general, este tipo de absorbentes, tienen a bajos, debido a que ai vibrar, ellos mismos se convierten en emisores. Por esto es muy difícil llegar siquiera a un a de 0.5 . Además, si las pérdidas son bajas (figura 4.15 curva “a”), el sistema se vuelve muy selectivo (esto acontece con paneles rígidos, es decir, con placas). Para aumentar el amortiguamiento y hacer que el sistema no sea tan selectivo, puede colocarse algún material poroso dentro de la cavidad, de tal forma de aumentar la fricción del aire allí contenido. También se pueden combinar varios sistemas montados uno encima de otro (paneles múltiples). En la figura 4.16 se muestran las características absorbentes de diferentes montajes [91.

M adera te rc ia da

Placa con brea

Figura 4. 16: Comportamiento absorbente de diferentes montajes de absobentes tipo panel.

4.3 3. ABSORBENTES TIPO RESONADOR

Son sistemas absorbentes que se basan en la propiedad física de los resonadores de Helmholtz [91 de disipar energía en el entorno de una determinada frecuencia de resonancia, la cual es una función de las características geométricas del mismo. La figura 4.17 muestra un esquema del mismo.

La frecuencia de resonancia se puede calcular mediante la siguiente expresión:

f _ c_ r 2 * (4.9)1 K V( l ~ [ n / 2 ] r )

donde ces la velocidad de propagación del sonido en el aire, reí radio del cuello del resonador, Vel volumen interior y /el largo del cuello (ver figura 4.17).

El sonido, en la frecuencia de resonancia o en la proxi-81


midad de ella, trabaja contra la fricción de aire en el cuello, que expande y comprime al aire contenido en la cavidad. Es decir que el aire del cuello actúa de masa, mientras que el de la cavidad, de resorte. Es usual incrementar las pérdidas (amortiguamiento del sistema) artificialmente, con la adición de un material poroso o fibroso en el interior, que dificulte el movimiento del aire sobretodo en las proximidades del cuello, en donde las velocidades de las partículas son mayores. Es importante el uso de este amortiguamiento adicional, puesto que los resonadores con muy poco amortiguamiento, pueden actuar como reservas de energía acústica; es decir, que si en un recluto tratado con este tipo de resonadores, se detiene la emisión de sonido por una fuente sonora, los resonadores seguirán reverberando y emitiendo su energía nuevamente hacia el interior del recinto, pudiendo perjudicar el tiempo de reverberación para esa frecuencia.

En la figura 4.18 se observa el corte y el comportamiento absorbente con la frecuencia de uno de estos dispositivos. El área efectiva de absorción del resonador simple, se puede calcular mediante una fórmula que tiene en cuenta varios factores, los cuales escapan a los objetivos de este estudio [91.

Figura 4. 17: Esquema de un resonador de Helmholtz.

0

100 1000 tlHil

Figura 4. 18: Resonador simple.82


Al igual que los absorbentes tipo panel, los resonadores simples pueden ser muy selectivos en frecuencia. Si se desea selectividad, entonces son muy útiles, ya que su a es en general mejor que el de los paneles. Sin embargo, si se requiere una absorción en un rango más extendido de frecuencias (sobretodo en frecuencias un poco mayores), el uso de resonadores simples se hace poco económico. Para este tipo de uso, se utilizan los resonadores múltiples, los cuales consisten en una placa con varias perforaciones, con hasta un 15% de área cubierta, montados en general a una cierta distancia de una superficie rígida y con la cavidad rellena de absorbente poroso. Las perforaciones pueden ser circulares o tipo ranura, según se ve en la figura 4.19.

Figura 4. 19: Resonadores múltiples.

En el caso de los resonadores múltiples, hay varios parámetros que gobiernan las características de absorción, y su análisis teórico queda fuera de los objetivos de este estudio 191 -

Para el diseño de estos absorbentes, existen ábacos en donde se entra con las especificaciones de absorción, ancho de banda, / y se leen valores que determinan el montaje a utilizar, tanto para perforaciones circulares como para tipo ranura [91

En la figura 4.20 se muestra el comportamiento de un resonador compuesto por una delgada placa metálica perforada.

Figura 4. 20: Características de absorción del mismo resonador con diferentes perforaciones.

8 3


El espacio de aire tenía un espesor de 3 cm, relleno con lana de vidrio. Las perforaciones consistían en agujeros circulares, de 4 mm de diámetro, en forma de grilla, separados entre sí5,6 mm, y con un total de 175 agujeros. Las variaciones del resonador se obtuvieron tapando los agujeros que no se necesitaban. En la figura, las curvas corresponden a 1, 2 x 2, 3 x 3, 5 x 5, 7 x 7 , 9 x 9 y l l x l l agujeros abiertos en el medio de la placa. Las curvas correspondientes desde 1 hasta 5 x 5 agujeros, muestran una segunda resonancia en 800 y 900 Hz; esto no tiene nada que ver con el resonador, sino que se deben, probablemente, a vibraciones de la placa metálica (91.

En la figura 4.21, se muestra la utilización de combinaciones de resonadores en serie (también se usan en paralelo). Las ventajas son un alto valor del coeficiente de absorción en una amplia gama de frecuencias, debida a dos o más resonancias inherentes a tales sistemas [91 [14].

Figura 4. 21: Doble resonador en serie.

4.3.4. ABSORBENTES FUNCIONALES

Los absorbentes sonoros convencionales cumplen, en general, una doble función: por un lado, son parte de la construcción, y por otro lado, son absorbentes sonoros. Debido a esto, se deben, usualmente, relegar algunas bondades absorbentes en función de razones meramente constructivas, económicas e inclusive estéticas.

Hay muchos casos en que el problema principal es absorber sonido, y puede darse el caso en que no se puedan aplicar

84


materiales absorbentes convencionales sobre paredes, pisos y/o techos. Para estos casos, la solución lógica es el uso de absorbentes sonoros funcionales, de relativamente alta eficiencia.

La cantidad de energía absorbida por cualquier absorbente, depende de la potencia sonora que emite la fuente, de la im pedancia acústica que ofrece el material absorbente (todo lo que se ha analizado hasta ahora puede englobarse en la impedancia acústica propia del material, que es el grado con que un material impide el paso de una onda sonora a través de él), pero también (lo que hasta ahora no se ha mencionado) de la im pedancia del media. Esta impedancia, puede controlarse mediante el diseño del absorbente.

Para poder entender el efecto de un absorbente funcional, supóngase un frente de ondas sonoras plano, viajando en una determinada dirección (ver figura 4.22). Mientras la impedancia del medio sea siempre la misma (en este caso es la im pedancia característica de ese medio), el frente de onda sigue viajando sin sufrir modificación alguna. Si se coloca en el camino de ese frente un absorbente convencional, de superficie plana, que tiene una dimensión superficial 5 (mucho mayor que la longitud de las ondas sonoras), entonces se producirá absorción sonora. La máxima absorción sonora que se puede lograr, en este caso, será toda la enegía que el frente de ondas lleve en un área 5, igual al de la superficie, y suponiendo que el material tenga un a - 1. Si en cambio, se coloca en la trayectoria del frente de ondas plano, un absorbente con una seccción 52, de tamaño reducido (igual o menor que la longitud de las ondas), entonces la impedancia del medio que lo rodea cambia, y por lo tanto cambia la forma del frente de ondas, el cual deja de ser plano. De esta forma, la cantidad de energía que será posible absorber, podrá ser mayor que la que transportaba el frente de ondas en una superficie S2, igual a la sección del absorbente en cuestión. La figura 4.22 aclara estos conceptos.

Figura 4.22: Efecto de difracción en los absorbentes funcionales.

Debido a éste efecto (difracción), pueden lograrse valores de a mayores que la unidad, lo cual significa que con pequeñas secciones pueden lograrse efectos absorbentes similares a

85


superficies planas de gran tamaño.Los absorbents funcionales, se realizan en forma

tridimensional, conformados por una “cáscara” o “caparazón” de un material absorbente poroso, que rodea a un interior hueco. En la figura 4.23 se muestran las características de absorción de un absorbente funcional típico (tipo cáscara). Nótese que la absorción por unidad de área es aproximadamente dos veces mayor que los de un absorbente sonoro convencional. También se muestra en la figura su forma de instalación, la cual es realmente sencilla.

Hay otros tipos de absorbentes funcionales, que no son exactamente tipo “cáscara”, sino que son híbridos, puesto que pueden considerarse como absorbentes porosos modificados. Ejemplos de ellos son los paneles con superficies irregulares, no planas, las cuales combinan las características de absorción del material poroso, con efectos de difracción y el efecto de aumentar el área efectiva de absorción debido a depresiones y prominencias (cuñas) en la superficie.

Figura 4. 23: Montaje y características absorbentes de un absorbente funcional tipo “cáscara”.

4.3.5. OBJETOS ABSORBENTES

Como se mencionó anteriormente, cualquier objeto, animado o inanimado, absorbe sonido en mayor o menor grado. Es por esta razón que se debe tener en cuenta, en el estudio acústico de un recinto, las características absorbentes de todo lo que se encuentre allí dentro, incluyendo a las personas, amoblamiento, etc. En la tabla que se adjunta, se pueden apreciar las características absorbentes de varios objetos o elementos usualmente presentes en cualquier sala. Obviamente, la única forma de conocer estas características es medirlas, puesto que la predicción fisicomatemática teórica de ellas, es de muy difícil realización.

86


4.5. RESUMEN

En la tabla que se adjunta, se resumen las características absorbentes de varios materiales y elementos, medidos en bandas de octava, y además se incluye el NRC (el coeficiente de reducción de ruido del que ya se ha hablado —en la tabla figurando como CRR—).

4.6. REFERENCIAS

[1] L. L. Beranek. Noise an d Vibration Control. McGraw-Hill,1988.

[2] P. M. Morse y K. U. Ingard, Theoretical Acoustics, Cap. 9, parágrafo 5, McGraw-Hill, 1968. Paperback Reprint, Princeton U.P., 1987.

[31 NIOSH Compendium o f Materials f o r Noise Control (National Institute for Occupational Safety and Health), U.S. Department of Health, Education and Welfare. Publicación 80-116, 1980.

[4] R. W. Young, Sabine Reverberation Equation an d Sound Power Calculations, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 31, Págs. 912-921, 1959.

[51 R. Huntley, T. D. Northwood, H. J. Sabine, R. W. Young y otros, una discusión en com unicación privada, 1969.

[6] T. D. Northwood, Absorption o f Diffuse Sound by a Strip o f Rectangular Patch ofAbsorptive Material, J . Acoust. Soc. Am., Vol. 35, Págs. 1.173-1.177, 1963.

[7] H. Glasserman de Dayan, Absorción Acústica, revista Telegráfica Electrónica, junio y julio 1977, Págs. 416-419 y 503- 504.

[8] C. Zwikkery C. W. Kosten, Sound Absorbing Materials, Elseiver, 1949.

[91 E. G. Richardson, Technical Aspects o f Sound, Vol. 1, Elsevier Publishing Company, 1953-

[10] L. L. Beranek, Acústica, Editorial Hispano Americana S.A.,1 9 6 1 .

[11] K. B. Ginn, Application o f B&K Equipment to Architectural Acoustics, Naerum Offset, 1978.

[12] A. G. Velis, Investigación de la Propiedades Acústicas de los Absorbentes Tipo M em brana utilizando distintos M ateriales y M ontajes, Informe técnico, Laboratorio de Acústica y Luminotecnica de la C.I.C., 1991.

[13] P- M. Morse, Vibration a n d Sound, McGraw-Hill, 1948.[14] P. V. Brüel, Lydisolation og Rumakustik, Pág. 120, Góteberg,

1946.87


4 .7 . TABLA DE ABSORCION ACUSTICA

a) MATERIALEScoeficientes de absorción a según las frecuencias

MATERIALES PREFERENTEMENTE ESP. HZ,EN CIELORRASOS CM. 125 250 500 1.000 2.000 4.000 CRR FUENTE

H orm igón visto sin pintar .02 .02 .03 .03 .04 .05 .03H orm igón sin pintar ,01 .01 .02 .02 ..0 2 .03 .02 B erH orm igón pintado .01 .01 .01 .02 .02 .02 .02 B erHorm igón revocado y pintado a la cal .01 .01 .02 .02 .02 .03 .02 THorm igón revocado con cem ento .01 .01 .02 .02 .02 .01 .02 PM

Revoque sobre metal desplegado con espacio de aire detrás 2 + e .25 .15 .10 .05 .04 .05 .09 TRevoque sobre lana de m adera 2 .40 .30 .20 .15 .10 .10 .18 B erRevoque fibrosoRevoque fibroso sobre panel de

2 .35 .30 .20 .55 .10 .04 .29 Ber

fibra de m adera sobre bastidor .28 .43 .47 .50 .46 .42 .46 2Revoque proyectado con am ianto Limpet sin pintar 1.3 .07 .17 .49 .70 .79 .67 .54 TIdem, de m ayor espesor 2 .13 .31 .66 .83 .74 .66 .63 TRevoque proyectado de yeso poroso 1.5 .02 .05 .05 .10 .20 .10 .10 T

Baldosas de fibra vegetal (E u catex , C elotex, e tc .) pegadas contra respaldo sólido 1.3 .08 .15 .55 .75 .70 .65 .54 TBaldosas de co rch o en horm igón .08 .02 .08 .19 .21 .22 .12 BMB aldosas de co rch o 3 /4 pulidas Cielorraso de m adera machim brada

.04 .03 .05 .11 .07 .02 .06 BM

bajo cubierta co n espacio de aire Cielorraso de yeso suspendido

2 + c .30 .15 .10 .09 .10 .07 .11

.06

T

con espacio de aire Cielorraso de chapa m etálica

2 . 5 + c .10 .08 .05 .05 .04 .04 T

prforada al 10% co n 2.5 cm con lana de vidrio y cám ara de cm 22.5 .20 .45 .75 .70 .60 .45 .62 TEspuma plata de 2.5 cm co n cám ara de 5 c m 7.5 .10 .25 .55 .20 .10 .15 .27 TChapa perforada, 5 agujeros por cm 2 de 0 = 0 .1 9 cm .38 .87 .93 .86 ,84 .85 .87 1Amianto expandido sobre placa sólida de 3 /4 ’ .30 .25

.6 0 ^" 7 0

■ 8 >" 7 0

. 9 0 ." 7 5 %

.6 5 ^" 7 0 BM

Paneles rígidos c o n orificios de 1 cm cuya superficie supone 1.1% del total .50 .40 .50 .25 .10 .10 .31 PMIdem con revoque poroso .54 .60 .60 .54 .70 .61 PMC om pensado 4 mm .80 •32 .15 .08 .07 .09 .15 4

88

Ladrillo vistoManipostería enduida y pintada Revoque de yeso y vermiculita Azulejo de baldosa vidriada B lock de horm igón a escorias sin pintar Revoque liso Revoque arenado Revoque rugosoR evoque tirolés de 18 m m a base de póm ez y vermiculita Tela fina tensa dispuesta a 1 cm de em p a n d a d o dem adera de ó mm co n 4 cm de cám ara de aire Idem co n cám ara rellena de fibra de vidrio v rn p tn s -


MATERIALES PREFERENTEMENTE ESP. HZ.EN CERRAMIENTOS VERTICALES CM. 125 250 500 1.000 2.000 4.000 CRR FUENTE

C om pensado o fibradura 0 ,6 cm perfo rada co n 0 ,5 c /1 4 cm , cám ara de 9 cm co n colch ó n de 2,5 cm contra panel C om pensado o durabor

9 .6 .55 .83 .76 .72 .61 .38 .73 T

c o n cám ara de 10 cm Sal .42 .21 .06 .05 .04 .04 .09 T

Tela porosa o malla m etálica sobre lana d e vidrio, espesor 2,5 cm contra respaldo sólido C elotex - Eucatex

2.6 .15 .35 .70 .85 .90 .90 .85 T

13 mm directam ente sobre la pared .09 .15 .61 .77 .70 .64 .56 PM16 m m directam ente sobre la pared .09 .26 .69 .86 .67 .62 .62 PM19 mm directam ente sobre la pared .11 .23 .80 .93 .58 .50 .63 PM25 mm directam ente sobre la pared .18 .35 .86 .87 .63 .56 .68 PM3 0 mm directam ente sobre la pared .14 .42 .99 .74 .60 .50 .69 PMFibra d e vidrio 10 .75 .95 .95 .90 .85 .78 .67 PMFibra de vidrio 5 .40 .65 .78 .87 .82 .75 .78 PMFibra de vidrio 4 .35 .52 .70 .82 .75 .71P AFibra de vidrio Fieltro de lana de roca

3 ■30 .45 .65 .70 .68 .67 .51 PM

directam ente sobre la pared 2.5 .12 .46 .85 .88 .90 .85 .77 PMIdem co n 10 cm de cám ara de aire .52 .70 .83 .75 .78 .76 PMPa neles de chapa de m adera de (60 x 2 7 5 ) cm co n cám ara de 3 cm .3 .25 .10 .09 .08 .13Panel perforado al 5%, espesor 0,3 sobre 2 ,5 cm de lana de vidrio 2.8 .10 .35 .85 .85 .35 .15 .55 TIdem , panel perforado al 10% o ranurado al 20% 2.8 .15 .30 .75 .85 .75 .40 .70 TTela o similar perm eable al sonido sobre 5 cm de lana de vidrio y 2,5 cm de cám ara 7 .6 .35 .70 .90 .90 .95 .90 .90 TPanel perforado al 10% o ranurado al 20% de 0 .3 cm de espesor sobre 5 cm de lana de vidrio y 2 ,5 cm de cám ara 7 .8 .40 .80 .90 .85 .75 .40 .70 T

P R E F E R E N T E M E N T E E N PISO S Alfombra pelo sobre fieltro grueso. .07 .25 .50 .50 .60 .65 .55 TAlfombra forrada .10 .25 .40 4Alfombra co n forro .08 .75 .25 4Alfombra sobre cem en to .09 .06 .24 ,24 .24 .11 .19 4Alfombra aterciopelada sobre cemente .12 ,10 .28 .42 .21 .33 .25 4

90


MATERIALES PREFERENTEMENTE EN CERRAMIENTOS VERTICALES

ESP.CM. 125 250 500

HZ.1,000 2.000 4.000 CRR FUENTE

A lfo m b ra a te r c io p e la d a s o b r e fiel ro .0 9 .0 8 .21 .2 6 .2 7 .3 7 .2 0 4A lfo m b ra s o b r e g o m a .0 4 .0 4 .0 8 .1 2 .0 3 .1 0 .7 0 4L in o le u m s o b r e c e m e n to .0 2 .0 3 .0 4 4

P iso d e p in o .0 9 .0 8 .1 0P iz a rra c o n tra c o n tra p is o .01 .01 .01 .0 2 .0 2 .0 2 .01 BC o r c h o , lin ò le u m , y e s o og o m a s o b r e c o n tra p is o 4 ,5 .0 4 .0 3 .0 4 .0 4 .0 3 .0 2 .0 3 BP iso d e ta b la s s o b r e v ig u e ta s 2 .1 6 .1 4 .1 2 .1 0 .0 9 .0 7 .11 TE n ta r im a d o d e m a d e ra 2 .1 0 .0 9 .0 8 .0 9 .1 0 .0 7 .0 9 TB a ld o s a s d e c e m e n to o a s fá ltic a s 2 .0 3 .0 3 .0 3 .0 4 .0 5 .0 5 .0 4 TA re n a s e c a , g r a m o s a g u z a d o s 1 0 .1 5 .3 5 .4 0 .5 0 .5 5 .7 5 .4 5 TA g u a c o m o e n u n a p isc in a .0 1 .01 .01 .01 .0 2 .0 2 .01 TT a p e te s d e fib ra v e g e ta l (y u te ,c o c o ) s o b r e e l p a v im e n to .0 8 .1 2 .1 7 .2 3 .3 0 .3 0 .21 T

P la c a d e c o r c h o p e g a d a al p is o 8 .0 8 .0 2 .0 8 .1 9 .21 .2 2 .1 2 BB a ld o s a p lá s tic a e n c o la d a .0 2 .0 2 .0 4 .0 3 .0 2 .0 2 .0 3M á rm o l p u lid o , m o n o lític o .01 .01 .0 2 .0 2 .0 2 .0 2 .0 2 TP a rq u e t d e m a d e r a , g o m a olin ò le u m p e g a d o a c o n tra p is o .5 .0 2 .0 4 .0 5 .0 5 .0 9 .0 5 .0 6 TP a rq u e t d e m a d e r a d u ras o b r e a s fa lto 2 .0 4 .0 4 .0 7 .0 6 .0 6 .0 7 .0 6 TP a r q u e t s o b r e d u rm ie n te s .2 0 .1 5 .1 2 .1 0 .0 7 .0 7 .1 1

C O R T IN A D O S Y D E C O R A D O SA te r c io p e la d o s e x te n d id o s :

.3 5 k /m 2 .0 4 .0 5 .11 .1 8 .3 0 .3 5 .1 6 B

.4 5 k /m 2 .0 5 .0 7 .1 3 .2 2 .3 2 .3 5 .1 8 B

.6 0 k /m 2 .0 5 .1 2 .3 5 .4 8 .3 8 .3 6 .3 3 BA te r c io p e la d o s d ra p e a d o s a l 5 0 %

.4 5 k /m 2 .0 7 .31 .4 9 .7 5 .7 0 .6 0 .5 6 B

.6 0 k /m 2 . 1 4 .3 5 .5 5 .7 5 .7 0 .6 0 .5 9 BC o rtin a .5 k /m 2 e x te n d id afre n te a r e s p a ld o s ó lid o .0 5 .0 7 .1 3 .2 2 .3 2 .3 5 .1 9 TId e m p le g a d a a l 7 5 % d esu á r e a o rig in a l .0 4 .2 3 .4 0 .5 7 .5 3 .4 0 .4 0 T

Id e m p le g a d a a l 5 0 % .0 7 .31 .4 9 .5 7 .5 3 .4 0 .4 0 TD e c o r a c io n e s d e e s c e n a , c o r tin a slig e ra s d e c r e to n a p le g a d a s .0 5 .1 5 .1 5 .1 5 .1 0 .0 5 .1 3 T

91


b ) ELEMENTOS

c o e f ic ie n te s d e a b s o r c ió n a s e g ú n las f re c u e n c ia s

CONTENIDO DE LOS LOCALES 125 250 500HZ.1.000 2.000 4.000 CRR FUENTE

a) POR ELEMENTOS*E sco lares sen tad o s co n pu pitre incluido .17 .21 .26 .30 .33 ■37 .27 TL iceales sen tad o s c o n asien to incluido .20 .28 .31 .37 .41 .42 .34 TA dulto se n tad o en asientod e resp ald o sin tap izar .25 .29 .33 .40 .43 .42 .36 TA dulto de pie .19 .33 .44 .42 .46 .3 7 .41 TM esas de m adera (can tin as, ca fé s ) .1 0 .20 .10 .15 .20 .25 .16 TSilla de c o m p e n sa d o , asien to y resp ald o .01 .02 .02 .04 .04 .05 .03 TB u taca to talm en te tapizada .12 .20 .28 .30 .31 .37 .27 TSillón m uy m ulido, so b re alfom bra .25 .30 .40 .45 .40 .40 ■39 TP erso n as sen tad as en bu tacasto talm en te tap izad as, m áxim o 1 p o r m2 .18 .40 .46 .47 .51 .46 .46 TSilla c o n resp ald o de m adera

.16y tap izad o d elg ad o en asien to .08 .13 .15 .17 .18 .20 TB u taca tap izada d e plástico .15 .40 .40 .40 .30 .25 .37 BPú blico en b a n c o de Iglesia .20 .25 .31 .35 .33 .30 .31 PMM úsico co n instru m en to .40 .85 1.15 1.40 1.20 1 .20 1.15 PM

b ) POR VOLUMEN**Aire p o r m3 (2 0 * y 60% H .R .) desp .0 0 0 3 .007 .02 T

c ) POR SUPERFICIE*’ *A rea de au d ien cia , o rq u e sta ,co ro y pasillosd e a n ch o m en o r a 1 .1 0 m , o cu p a d o s poruna aud ien cia m ayor del 50% d e su ca p a -cid ad regu larm en te distribuida, incluyem úsicos, instrum entos, p lataform a .60 .74 .8 8 .96 .93 .85 .87 TA rea de au d ien cia d e so cu p a d a ; tap izadod elg ad o cu b ierto de c u e ro o sintético .44 .54 .60 .62 .5 8 .50 .5 8 TA rea d e au d ien cia d eso cu p ad a ;tap izad o g ru e so cu b ierto d e tela,

.62fond os de asien to p erforad o .49 .66 .80 .88 .82 .70 T

OTROS (co e fic ie n te s d e ab so rc ió n )B o ca de b alcó n en salas siend o:profu n d id ad /altu ra = 2.5 .30 .40 .50 .55 .60Idem , p rofu n d id ad /altu ra = 3 .40 .55 .65 .70 .75

* Sabines m étrico s p o r e lem en tos ** Sabines m étrico s p o r m 3 *** Sabines m étrico s p o r m2

9 2


REFERENCIAS:

B - Datos recopilados por Beranek.T - Datos recopilados por la Cátedra.BM - Datos recopilados por Burris Meyer.M - Datos recopilados por Meiser.PM - Datos recopilados por Pérez Miñana.1 - Datos de Investigación de Bureau ofStandars.2 - Datos de Investigación de Vem O. Knudsen.3 - Datos de Investigación de Building Research Station.4 - Datos de Investigación de Lydteknisk Laboratorium, Copenhagen.

93

M ETODOS DE M ED IC IO N DE ABSORCION SONORA

5

5.1. INTRODUCCION

La medición del coeficiente de absorción sonora a de un determinado material u objeto, es una tarea muy difícil de realizar, si es que se desea conocer cuán absorbente es dicho material u objeto en las circunstancias reales en que se encuentre aplicado. Precisamente, y como se ha explicado en el capítulo precedente, la absorción dependerá de diversos factores, que son prácticamente imposibles de reproducir en un ensayo de relativa practicidad. Sin embargo, es importante conocer valores orientativos del a de diferentes materiales y objetos, aunque estén limitados a ciertas condiciones, ya que solamente en base a ellos se puede realizar un diseño de control o inclusive correcciones de ciertos parámetros importantes de las salas.

Han sido desarrollados muchos métodos para determinar los coeficientes de absorción, cada uno de los cuales da, inexorablemente, diferentes valores de a para la misma muestra. Hasta el día de hoy, no existe ningún método factible para poder relacionar los resultados de un método de medición con los arrojados por otro. Sin embargo, cada método tiene su uso particular.

En este capítulo, se describen tres diferentes métodos de medida. Estos son: el del tubo de onda estacionaria, el de la cámara reverberante y el del tone burst.

95


5.2. METODO DEL TUBO DE ONDA ESTACIONARIA

Es un método que permite la medición del coeficiente de absorción sonora para incidencia normal a la superficie [1].

En 1902, el alemán Turna publicó un artículo donde se describía un método de medición de absorción sonora por medio de ondas estacionarias dentro de un tubo.

Dicho método fue perfeccionado con el correr de los años, y aún hoy se usa, con excelentes resultados.

Si se dispone de un tubo cerrado por un extremo y se lo excita con una onda sonora por el otro, se crea la llamada onda estacionaria. Esta onda es, en cada punto, la resultante de la composición vectorial de la onda sonora de ida y la de vuelta. Se debe cumplir que tanto la onda de ida como la de vuelta sean planas, o sea que no existan ondas transversales ni oblicuas.

Esta onda se caracteriza por poseer máximos y mínimos fijos en el espacio y separados un cuarto de longitud de onda. En los máximos, la onda incidente y reflejada están en fase, o sea que se suman. En los mínimos, están en contrafase, por lo que se restan. Es importante destacar que el módulo de la presión reflejada es siempre menor o igual al de la incidente.

En la figura 5.1 se puede ver un esquema del tubo de onda estacionaria, conjuntamente con el instrumental requerido para realizar la medición. En ella se aprecia un tubo externo, que generalmente es circular, de unos 10 cm de diámetro, cerrado en un extremo por una tapa muy rígida, la cual contiene la muestra a medir.

En el otro extremo se sitúa un altoparlante, que alimentado por un oscilador de audiofrecuencia, genera la onda sonora necesaria para el ensayo.

Tubo de Onda Estacionaría

Figura 5. I : Esquema del tubo de onda estacionaria e instrumental necesario.

96

M é to d o s de medición de absorción sonora

El altoparlante posee un agujero en su centro, lo cual permite que por allí se deslice un segundo tubo, de 2 a 3 mm de diámetro. Este tubo recoge la presión sonora existente en cualquier lugar del tubo mayor y la envía a un micrófono que se halla dentro de un carrito, que acompaña al tubo pequeño en sus desplazamientos.

La señal del micrófono es enviada a un analizador de espectros al efecto de conocer los niveles sonoros máximos y mínimos que surjan al explorar el campo sonoro dentro del tubo más grande.

El número que expresa la relación entre las presiones sonoras máxima y mínima se designará con n, siendo:

nP + P* i M rP. - P* t * r

(5.1)

Donde: P¡ es la presión sonora incidente (onda de ida) y Pr la presión sonora reflejada (onda de vuelta).

Como se vio, el coeficiente de absorción sonora ot es:

a EslE¡

~ Er = P¡2 - Pr2Ei P¡2

(5.2)

donde Ea es la energía sonora absorbida por la muestra, E¡ la energía sonora incidente a la muestra, P¡ la presión sonora instantánea de la onda de ida y Pr la de la onda de vuelta.

El coeficiente de reflexión r, viene dado por:

entonces:

P 2 r = —V P?

(5.3)

y despejando r.

i + 4?" = T “ 7 T

(5.4)

- ( " • ' Y(5.5)

U + i JExpresando a en función de r, que a su vez es función

de n, puede obtenerse la fórmula final de a .

a = 1 - r - 4n + 2 + 1 / n

(5.6)

97


Como existe una relación sencilla entre el número n y el coeficiente de absorción a, puede adaptarse una escala del analizador usado en la medición para que indique directamente la absorción correspondiente (habitualmente esta escala está tarada para mostrar a en porciento).

Nótese, que como la onda incide en forma normal a la muestra, estará midiéndose el a para incidencia normal, es decir el a s para 0*90°, que difiere del tx medido con incidencia oblicua; éste debe obtenerse según se explica en el punto 5.4.

Se dice que con el tubo de onda estacionaria se obtiene un a “medido”, ya que el resultado surge de reproducir la definición del mismo, midiendo la relación entre energía incidente y reflejada en la muestra.

Además, este método permite conocer la im pedancia acústica de una muestra, la cual es necesaria en el caso de cálculos matemáticos basados en la resolución de la llamada “ecuación de onda”, tema que no es razonable tratar aquí, dada sy complejidad. Solamente cabe la aclaración, de que la im pedancia acústica es un número complejo, cociente entre la presión sonora y el caudal de aire, ambos también complejos.

Otra ventaja del uso del tubo, surge cuando se está investigando el comportamiento de absorbentes porosos o de membrana perforada con espacio de aire detrás. Es relativamente fácil y rápido medir el a en función de la frecuencia para diferentes montajes y espesores de un mismo material, o para materiales de características similares.

Cabe hacer notar que, cuando se diseña un revestimiento absorbente para atenuar un ruido o corregir un defecto acústico de cierta sala, es fundamental buscar un material eficaz en frecuencias bien definidas. Para llegar al resultado más apto se realizan habitualmente una serie de tanteos, que resultan cómodos de hacer con el tubo de onda estacionaria.

También se hacen notar, sin embargo, las limitaciones que posee este método de medición, las cuales son:

— Se pueden medir sólo muestras pequeñas. Para que las ondas transversales en el tubo sean despreciables, éste debe tener un diámetro menor que A/1,7. Esto asegura que dentro del tubo existe una on da plana.

— No pueden medirse muestras de placas vibrantes. Téngase en cuenta que sus resonancias dependen de las dimensiones y forma de apoyo de las placas.

— No pueden medirse absorbentes grandes, tales como muebles o cortinas plegadas.

9 8

M é to d o s d e medición de absorción sonora

Las dimensiones del tubo surgen del rango de frecuencia dentro del cual se desea medir.

El largo debe ser tal que la onda estacionaria posea por lo menos un máximo y un mínimo. Como ellos están separados A/4, si se supone que la frecuencia mínima a medir es de 90 Hz, X /4 vale 96 cm, por lo que será lógico adoptar un largo de 1 metro.

El diámetro se fija en base a la frecuencia máxima a medir. Sabiendo que es razonable llegar sólo hasta 5.000 Hz, el diámetro debería ser de 4 cm, muy pequeño para que las muestras sean representativas y para medir algunos materiales, por ejemplo placas perforadas.

Conviene entonces usar dos tubos; uno de mayor diámetro para frecuencias bajas y otro menor para las restantes.

El tubo fabricado por Brüel & Kjaer para frecuencias bajas tiene 1 m de largo y 10 cm de diámetro; con él puede medirse entre 90 y 2.030 Hz. La casa provee un segundo tubo de 40 cm de largo y 3 cm de diámetro, que cubre la gama entre 215 y 6.750 Hz.

Algunos detalles a tener en cuenta son:

— El tubo debe ser lo más rígido posible, para evitar resonancias, con la consiguiente absorción sonora. Por ello se prefiere una sección circular antes que cuadrada.

— El oscilador o el parlante pueden generar componentes de segunda armónica, cuyo máximo cae exactamente en el mínimo de la fundamental, alterando los valores de los niveles sonoros de la onda estacionaria. Este problema puede solucionarse utilizando un filtro pasabanda adecuado.

— En mediciones de rutina, es recomendable utilizar las frecuen- das correspondientes a los tercios de octava normalizados, es decir 100, 125, 160, ..., 5.000 Hz.

Si se busca gran densidad de puntos, puede medirse cada 1/6 de octava, es decir según la serie 100, 112, 125,

5.000 Hz; ó cada 1/12 de octava, o sea en las frecuencias 100, 106, 112, 118, 125, .... 5.000 Hz.

5.3. METODO DE LA CAMARA REVERBERANTE

Para la realización de este método, debe disponerse ele una cámara reverberante, cuyas características figuran en Normas 12-51, pero que pueden resumirse en las siguientes:

9 9


— Ser de superficies no paralelas, con un volumen próximo a los200 m 3.

— El máximo segmento recto que pueda trazarse dentro de ella deberá ser menor que 1,9 V1/3. Esto asegura que la cámara no sea alargada sino “cuasi cúbica”.

— El campo sonoro deberá ser lo más difuso posible. De ser necesario, se recomienda el uso de difusores.

— Los tiempos de reverberación de la cámara vacía deberán ser mayores que los dados en la tabla 5-1.

FrecuenciafHz] TR [s]

125 5.0250 5.0500 5.0

1.000 4.52.000 3.54.000 2.0

Tabla 5.1: Tiempos de reverberación mínimos para una cámara reveberante vacía.

— La superficie de la muestra deberá ser de 10 a 12 m2.— Deberá excitarse la cámara con ruido blanco de banda estre

cha o tonos modulados.— Se recomienda hacer mediciones por octavas o tercios de

octava.— Es conveniente filtrar la señal recogida por el micrófono.— Al efecto de promediar resultados, deben usarse varias posi

ciones del micrófono y/o de fuentes sonoras.

El procedimiento a seguir para calcular el coeficiente de absorción, consiste en medir el tiempo de reverberación de la cámara vacía ( Tv) en cada frecuencia deseada. Luego se repite el procedimiento con la muestra colocada ( Tm).

Aplicando la fórmula de Sabine a la primera medición.

Tv = 0 , 1 6 (5.7)aS

donde V es el volumen de la cámara en m3, a el coeficiente de absorción promedio de la cámara y 5 la superficie interna de la misma, en m2. El Tv queda en segundos.

100

Métodos de medición de absorción sonora

Para el caso de la segunda medición:

T 0,16 V" a ( S - S m) + a mSm

(5.8)

donde a m es el coeficiente dé absorción del material y Sm la superficie de la muestra introducida, en m2. El Tm también queda en segundos.

Operando matemáticamente puede deducirse que:

a mo, 16 y í i (i - s m / s )

Sm Tm Tv(5.9)

Siendo Sm / S generalmente despreciable frente a la unidad, la ecuación 5.9 deviene en:

= 0,16 y

V Tm V /

(5 .10)

con lo cual no es necesario conocer el área de la cámara.Esta ecuación permite conocer la absorción de la mues

tra, y lógicamente, el cálculo debe repetirse para cada frecuencia deseada.

Además, es de hacer notar que los tiempos Tv y Tm son los promedios de todas las mediciones realizadas en cada frecuencia.

Las ventajas que presenta este método respecto del anterior son:— Se mide absorción con onda sonora de incidencia bastante

aleatoria (se mide <xSah, recordando lo visto en el capitulo anterior), lo cual se asemeja más a las condiciones reales.

— Es posible la medición de muestras de tamaño natural, muy útil en el caso de membranas resonantes y cuerpos de absorción heterogénea, tales como butacas de teatro, otros elementos de mobiliario, y aún personas.

La desventaja que puede enunciarse es:— Se mide absorción en sala, y para cierta ubicación de la mues

tra; esto significa que puede existir un valor algo diferente de absorción colocando la muestra en otro ambiente o cambiando la posición y distribución de la misma.

Debe hacerse notar, que éste es un método “calculado”, ya que el resultado surge de mediciones indirectas, basadas en la fórmula de Sabine, que asume ciertos supuestos que no siempre se cumplen en la sala.

101


5.4. METODO DEL “TONE BURST”

Este método [6], permite determinar el coeficiente de absorción para distintos ángulos de incidencia, es decir el a e , donde 0 es un ángulo que se puede elegir.

El método consiste en lo siguiente:

— Se emite un tono de la frecuencia deseada, durante un intervalo de tiempo lo suficientemente pequeño {tone burst) desde un altavoz, en el lugar de la prueba.

— Se recepciona ese tone burst mediante un micrófono situado a una cierta distancia .r del altavoz (figura 5.2) y se registra el nivel de presión sonora.

— Se coloca luego el parlante de manera tal de que el sonido que vaya a emitir incida con el ángulo deseado sobre la muestra a ensayar, haciendo que la distancia entre el altavoz y el punto de reflexión sea x/2.

— Se coloca el micrófono de modo que recepcione el sonido reflejado, y que la longitud total del camino recorrido por el tone burst desde el altavoz hasta el micrófono sea igual a x.

— Se emite nuevamente el tone burst. El micrófono recepcionará (si el tono tiene una duración lo suficientemente pequeña) dos señales separadas en el tiempo. Primeramente, la que recorre el camino directo, y luego la de interés, es decir, la reflejada (semejante a un eco).

— Comparando las dos presiones sonoras obtenidas (directa y reflejada, para igual camino recorrido), puede determinarse el coeficiente de reflexión para un dado ángulo de incidencia, rg, para esa muestra y esa frecuencia en particular. El procedimiento debe repetirse para todas las frecuencias de interés.

El coeficiente de absorción a e puede entonces calcularse como: = l - r9 (5.11)

El coeficiente de reflexión r0 es, según se vio, el cociente entre el cuadrado de la presión sonora reflejada y el cuadrado de la directa.

Algunas de las ventajas que presenta este método son las siguientes:— No es necesario disponer de una cámara reverberante para la

realización del ensayo.— Permite medir el a 0 para cualquier ángulo deseado.— Pueden medirse muestras “in situ”; por ejemplo paredes,

pisos, techos, etc.— Pueden reproducirse “in situ’’ situaciones particulares, como102

Métodos de medición de absorción sonora

Generador

“ Iiiball'ï

K lAmplificador "

«i

«fr.......... X .......... as

I

Figura 5. 2: Método del tone burst.

por ejemplo, en lugares donde la fuente sonora es muy direccional.

Algunas desventajas que pueden apreciarse son:— Hace falta un instrumental relativamente sofisticado.— Tiene serias limitaciones en bajas frecuencias, debido a que el tone

burstdebe contener algunos períodos de sinusoide, que para bajas frecuencias implican intervalos de tiempo demasiado largos como para separar temporalmente la onda directa de la reflejada.

Para finalizar, cabe recalcar que este método sirve solamente para medir en frecuencias superiores a los 1.000 Hz, debido a las limitaciones antedichas, pero que es excelente para frecuencias muy elevadas.

5.5. REFERENCIAS

[1] M anual del Tubo de Onda Estacionaria Modelo 4002 , Brüel & Kjaer.

[2] Norma IRAM 4065 (1970), Método de Medición del coeficiente de absorción en Cám ara Reverberante.

131 Norma ISO 354 0985), Mesurage de l Absorption Acoustique en Salle Réverbérante.

[4] Norma ASTM c 423 (1984), Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method.

[5] Norma NF 31-003 0957), Mesure d e coefficient d Absorption acoustique en Salle Réverbérante.

[6] K. B. Ginn, Application o f B&K Equipment to Architectural Acoustics, Naerum Offset, 1978.

1 0 3

6AISLAMIENTO ACUSTICO

6.1. INTRODUCCION

Generalmente ocurre que un sonido generado en un recinto, se transmite a otros recintos sin que esto sea deseado. El capítulo de la acústica que estudia las formas de minimizar este efecto se denomina aislam iento acústico.

De acuerdo a las formas en que se originan y propagan las ondas sonoras, es conveniente considerar dos tipos de aislamientos acústicos:

a) Aislamiento a los ruidos aéreos : cuando la fuqnte generadora de sonido actúa directamente sobre el aire, como por ejemplo parlantes, voces, instrumentos musicales, etc.

b) Aislamiento a los ruidos de impacto: cuando la fuente generadora de ruido es una vibración, continua o de impacto, generada directamente sobre la estructura y que se transmite por vía sólida. Por ejemplo, el ruido generado por bombas de agua, pasos, portazos, etc.

En la figura 6.1 se ilustran ambos tipos de mecanismos de generación y transmisión. En este capítulo se tratará el aislamiento a los ruidos aéreos, siendo el de los ruidos de impacto objeto de estudio del capítulo próximo.

6.2. GENERALIDADES

El proceso de transmisión del ruido aéreo puede verse de la siguiente forma cualitativa: una onda sonora, al incidir sobre una partición, imprime a ésta un movimiento vibratorio y este movimiento, al comprimir y expandir las moléculas de aire inmediatamente próximas a la cara opuesta de la partición, genera sonido en el recinto.

IOS


HUIDO A TRAVÉS DE VENTANAS

A B O R T A S

VIBRACIÓN XN INSTALACIONES

RUIDO fiAT .T.m .n»w n

Figura 6. I: Mecanismos de generación y propagación de los ruidos aéreos y de impacto.

Visto de una forma más estricta, cuando una onda sonora, de energía E¡, alcanza a una pared, se divide en dos: una energía reflejada Er y una absorbida Ea . Esta última, a su vez, se descompone en una energía disipada en el seno de la pared Ed y en una transmitida a través de la pared Et . Este proceso se esquematiza en la figura 6.2.

A la relación entre la energía transmitida Et y la energía incidente E¡, se la llama coeficiente de transmisión y se la suele denotar con la letra griega x :

x = — (6.1)Ei

Se define, además, el índice de reducción acústica de una partición ( R), medido en dB, como:

R = 10 log-^- = 10 lo g - (6.2)E, x

106

Aislamiento acústico

. Figura 6. 2: Reflexión, absorción y transmisión del sonido.

En la práctica no se dispone de los valores de las energías incidente y transmitida, sino que se miden los niveles sonoros presentes en uno y otro recinto. Se define entonces el aislam iento acústico entre recintos (D), como la diferencia entre el nivel sonoro en la sala emisora (iVj) y el nivel sonoro en la sala receptora (/V2), ambos medidos en dB:

D = Ni - N2 (6.3)

es de notar que como nivel de presión sonora, en las salas emisora y receptora, se toma el valor promedio del existente en varias posiciones de la sala. Esto se hace con el fin de eliminar errores generados por la presencia de ondas estacionarias.

El valor de D obtenido debe ser corregido, con el fin de obtener valores que no dependan de la absorción acústica del local receptor. Esta corrección se puede realizar, o bien con respecto a la absorción del local receptor, o bien con respecto al tiempo de reverberación del mismo. Se obtiene entonces el a isla m iento acústico norm alizado entre recintos, indicado, para el primer caso, como Dn y para el segundo como DnJ 11].

Dn = D + 10 l o g ^ a2

DnT = D + 10 log~~~1 o

donde: D: aislamiento acústico entre recintos [dB];A0 : absorción de referencia (10 m2);A2: absorción media del recinto receptor [m2];7: tiempo de reverberación del recinto receptor [s];T0 : tiempo de reverberación de referencia (0,5 s).Puede demostrarse que en el campo remoto (a una

distancia mayor que el ancho de la pared) y cuando la absorción del recinto receptor es baja, R y D están relacionados, por la

107

(6.4a)

(6.4 b)


siguiente expresión [2]:

R = D + 10 log-|- <6 5)

donde: S: superficie de la partición [m2];A2: absorción del local receptor [m2].

Debe notarse que en la práctica hay siempre transmisión lateral, es decir sonido que llega a través de otros caminos, ver figura 6.3. Por este motivo el índice R se determina en cámaras especiales, llamadas cám aras de transmisión, en donde se sabe que las transmisiones laterales, también llamadas por flanqueo, son despreciables. En la figura 6.4 se muestra un corte de estas cámaras.

Figura 6. 3: Caminos de transmisión del sonido.

PANEL DE PRUEBA

F ig u ra 6 . 4 : E sq u e m a d e u n a c á m a ra d e t r a n s m is ió n .

1 0 8


6.3. AISLAMIENTO ACUSTICO DE UNA PARED SIMPLE

Se supondrá, para comenzar el estudio, que la pared es de gran dimensión y está construida con un material no poroso. A través de consideraciones teóricas de transferencia de energía, para una incidencia de ondas sonoras distribuidas al azar, se llega a la siguiente expresión del índice de reducción acústica de una pared simple [31 [41:

R = 20 log { f m ) - Al IdB] (6.6)

donde: / frecuencia de la onda incidente [HzJ;m : masa por unidad de superficie de la pared [kg/m2].De esta expresión se desprende la llamada “ley de la

m a s e f , que predice un aumento en el aislamiento de 6 dB cada vez que se duplica la masa por unidad de superficie del material con que está construida la pared. De igual manera, puede verse que el aislamiento sube 6 dB cada vez que se duplica la frecuencia de la onda sonora incidente, lo que permite hablar también de una “ley de la f r e c u e n c i a " .

La ley de la masa obtenida en forma experimental y puesta a punto después de un gran número de ensayos sobre paredes construidas con materiales tradicionales (hormigón, ladrillo, madera, vidrio, etc.), da un aumento medio del aislamiento menor que el teórico, de sólo 4 dB por cada duplicación de la masa por unidad de superficie, o por cada duplicación de la frecuencia, como se muestra en la tabla 6.1.

LEY DE LA MASA LEY DE LA FRECUENCIA(/= 500 Hz) (m - 100 kg/m2)

m [kg/m2] R [dB] /[Hz] R [dB]

25 32 125 3250 36 250 36

100 40 500 40200 44 1.000 44400 48 2.000 48

Tabla 6. I: Ley de la masa y ley de la frecuencia.

Si bien la ley experimental de la masa tiene la ventaja de permitir la determinación rápida del aislamiento de una estructura simple, debe tenerse muy en cuenta que representa sólo una

109


aproximación a la verdad. El comportamiento real es el que se muestra en la figura 6.5, en donde pueden observarse cuatro zonas bien definidas:

Figura 6. 5: Aislamiento de una partición simple.

1) zon a controlada p o r rigidez: ocurre en muy bajas frecuencias y en ella el aislamiento depende principalmente de la rigidez de la pared, cumpliendo la masa y, el amortiguamiento papeles despreciables. Se verifica que cuanto mayor es la rigidez, peor es el aislamiento (la pared se mueve más en “bloque”);

2) zon a controlada p o r resonancia: es la zona donde el sistema tiene sus primeras frecuencias de resonancia, produciéndose “pozos” y “picos” en el aislamiento. Estas resonancias dependen de las dimensiones, de la rigidez y de la masa por unidad de .superficie de la pared (ecuación 6.7) y sus efectos pueden atenuarse, aumentando las pérdidas internas [4];

/m, nTí~2 * y

v

d o(6.7)

donde: m,n = 1,2,3,...;lx: ancho de la partición; ly: altura de la partición;B: rigidez dinámica a la flexión por unidad de ancho; ni. masa por unidad de superficie de la partición.

110


3) zon a controlada p o r m asa: ocurre a frecuencias mayores que el doble de la primera resonancia, y en ella la pared cumple con las leyes de la masa y de la frecuencia (ecuación 6.6 o tabla 6.1);

4) zon a controlada p o r coincidencia: finalmente, a partir de una frecuencia llamada crítica, se produce una pérdida importante en el aislamiento debido a un fenómeno de co in cidencia. Al igual que en la zona de resonancia, este efecto puede disminuirse aumentando las pérdidas internas (amortiguamiento) de la pared. Por encima de esta frecuencia, el aislamiento tiende al determinado por la ley de la masa.

El fenómeno de coincidencia puede explicarse de la siguente forma: en el aire, el sonido se propaga por ondas longitudinales y su velocidad es la misma para todas las frecuencias. En los sólidos las ondas pueden propagarse de varias formas, básicamente, ondas longitudinales, transversales, de torsión y de flexión, siendo estas últimas las más importantes para el caso de una pared.

Las ondas de flexión se propagan con mayor velocidad cuanto mayor es su frecuencia [4], Esto implica que existirá una frecuencia, llamada crítica, a partir de la cual habrá algún ángulo de incidencia, en el que se cumpla que la longitud de onda del “sonido” en la pared será igual a la del sonido en el aire, proyectada sobre dicha pared, ver figura 6.6.

Dirección de la onda de flexión

F ig u ra 6 . 6 : E fe c to d e c o in c id e n c ia .

I


Esta condición se conoce como “efecto de co in cid en cia" y está asociada a grandes desplazamientos transversales, que fácilmente pueden acoplarse a las ondas longitudinales en el espacio cercano. En forma cualitativa:

sen 0 = ——V

(6 .8)

donde: A : longitud de onda del sonido en el aire;Xp : longitud de onda del “sonido” en la pared.

Si la longitud de onda del sonido en el aire es mayor que la del “sonido” en la pared, no puede existir coincidencia ya que la función seno no puede ser mayor que la unidad. La frecuencia crítica se define como la menor frecuencia a la cual puede producirse coincidencia y corresponde a un ángulo de incidencia 9 de 90°. Puede calcularse, para cada material, por medio de la siguiente expresión:

/ = ( * fJc 2 n \ B )(6.9)

donde: c-, velocidad del sonido;B: rigidez dinámica a la flexión por unidad de ancho; m: masa por unidad de superficie de la partición.Se verifica que para una pared homogénea, de material

dado, la frecuencia crítica es inversamente proporcional al espesor de la misma. La tabla 6.2 da los valores de la frecuencias críticas para paredes de 1 cm de espesor. Para determinar la frecuencia crítica de una pared homogénea de x cm de espesor, es suficiente dividir por x el valor de frecuencia dado en la tabla.

MATERIAL FREC. CRITICA [Hz] (1 cm de espesor)

Ladrillo 2.500 a 5.000Hormigón armado 1.800Bloques de cemento 2.700Yeso 4.000Vidrio 1.200Madera de pino 6.000 a 18.000Acero 1.000Aluminio 1.300Plomo 8.000Poliestireno expandido H. 000Corcho 18.000Goma 85.000

Tabla 6 . 2: Frecuencias críticas de diferentes materiales.112


Para una pared compuesta de elementos no homogéneos (por ejemplo de ladrillos huecos), no es posible dar un valor de la frecuencia crítica en función del espesor. En la práctica, una pared de ladrillos huecos, tiene la frecuencia crítica a una frecuencia más baja que una pared del mismo espesor de ladrillos macizos, ya que la rigidez de los primeros es mayor.

La importancia de la pérdida de aislamiento de una pared a la frecuencia crítica, depende de las pérdidas internas (capacidad de generar calor) del material que la constituye. Para los materiales de bajas pérdidas internas (acero, aluminio, vidrio, ladrillo hueco, etc.) la disminución del aislamiento es del orden de los 10 dB con respecto a la ley de la masa (figura 6.7 a); para materiales con medianas pérdidas (hormigón, yeso, madera, ladrillo macizo, etc.), la disminución del aislamiento es de 6 a 8 dB (figura 6.7 b); para los materiales con altas pérdidas internas (caucho, corcho, plomo, etc.), la disminución es de 3 a 4 dB (figura 6.7 c).

Figura 6. 7: Efecto de la frecuencia crítica en el aislamiento de una partición simple: a: material con bajas pérdidas internas; b: con medianas pérdidas; c: con altas pérdidas.

6.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL AISLAMIENTO DE UNA PARED

6.4.1. POROSIDAD

En todo lo dicho anteriormente, se ha supuesto que las paredes no eran porosas La porosidad, cuando se trata de poros grandes y abiertos, puede destruir el aislamiento de una pared

113


cuya masa y rigidez habían sido bien elegidas.Por ejemplo, una pared construida con hormigón poro

so de lava volcánica, sin revoque. Si tiene 12 cm de espesor, su masa será de 110 kg/m2, lo que permite esperar un aislamiento de alrededor de 40 dB a 500 Hz. Si se realizara la medición se encontraría con un aislamiento de aproximadamente 17 dB. La misma pared, pero con revoque de cemento de 1,5 cm a cada lado, pesa 117 kg/m2 y posee un aislamiento de 41 dB (a 500 Hz), que es lo que corresponde de acuerdo a la ley experimental de la masa. El hecho de aplicar un simple revoque sobre cada cara, ha permitido aumentar el aislamiento en 24 dB. Evidentemente, no es el aumento de la masa proporcionada por el revoque el responsable de esta mejora. Solamente el hecho de que la pared se ha vuelto estanca hace que se obtenga el valor esperado.

6.4.2. DIMENSIONES DE LA PARED

Los fenómenos de resonancia se producen a frecuencias que dependen de las dimensiones de la pared. En general, para paredes de superficie superior a 10 m2, construidas con materiales corrientes, las primeras frecuencias de resonancia se encuentran en la zona de muy baja frecuencia y no influyen en el aislamiento. En cambio, en el caso de particiones con vidrios, donde las superficies son inferiores a 10 m2 y el material es más liviano, hay que esperar una caída en el aislamiento en la zona de las frecuencias fácilmente audibles.

Ó.4.3. FACTORES DIVERSOS

En general, el local en el cual se desea estar aislado de los ruidos exteriores, es un local cerrado. El nivel sonoro percibido en ese local, cuando un ruido se produce en la habitación vecina, depende de los siguientes factores, los cuales deben ser analizados con detenimiento en cada situación particular (ver ecuación 6.5):• nivel sonoro en el local de emisión;• distribución espectral del ruido;• índice de reducción acústica (M) de la pared divisoria;• superficie de la pared divisoria;• absorción total del local receptor;• naturaleza de las paredes adyacentes (transmisión por flanqueo).

6 ,5 , AISLAMIENTO ACUSTICO DE UNA PARED DOBLE

Ya se ha visto que una pared simple proporciona un buen aislamiento acústico, si ella es pesada y su frecuencia crítica 114


está situada de manera que el defecto resultante en el aislamiento, no sea molesto.

Se verá ahora cómo es posible obtener aislamientos acústicos superiores, utilizando la técnica de las paredes dobles, es decir compuestas por dos elementos aislantes separados por un espacio de aire o por un material absorbente.

6.5.1. DOS PAREDES SIMPLES SEPARADAS POR UNA CAPA DE AIRE

El aislamiento proporcionado por una pared doble es muy diferente a la suma de los aislamientos de las dos paredes simples que la componen. Formando la pared doble, los dos elementos están acoplados entre ellos de manera elástica, por medio de la capa de aire, lo que hace que la vibración de una de las paredes se transmita a la otra. Más aún, la energía acústica transmitida por la primera pared, incide sobre la segunda, que a su vez transmite parte de esta energía al aíre que la rodea y refleja otra gran parte (figura 6.8). Hay así una sucesión de reflexiones en la capa de aire y en cada reflexión, se transmite una parte de la energía.

Figura 6. 8: Reflexión y transmisión en una pared doble.

De la misma forma que para una pared simple, el aislamiento de una pared doble varía en función de la frecuencia y el ángulo de incidencia del sonido incidente. Teóricamente sería de esperar un aumento de 12 dB por cada duplicación de la frecuencia, pero en la práctica, debido a problemas de flanqueo y puentes acústicos, se obtiene un aumento comprendido entre 6 y 8 dB por octava. También, como en el caso de paredes simples, se presentan varios defectos en el aislamiento, los que se enumeran a continuación:

115


a) Cada pared simple componente de la pared doble, tiene una frecuencia crítica. El aislamiento acústico del conjunto disminuye en cada una de estas frecuencias. Si los dos elementos tienen frecuencias críticas diferentes, la curva de aislamiento presenta dos defectos, ya que cuando uno de los elementos no aisla, el otro lo hace (figura 6.9 a). Si las dos paredes tienen la misma frecuencia crítica, se produce un solo defecto muy pronunciado, quedando limitado el aislamiento por las pérdidas internas de las paredes y de la capa de aire intermedia (figura 6.9 b). Luego, para construir una pared doble, es fundamental utilizar dos elementos que posean diferentes frecuencias críticas.

Figura 6. 9: a) diferentes frecuencias críticas;b) frecuencias críticas coincidentes.

b) La capa de aire situada entre los dos elementos de una pared doble crea un acoplamiento elástico entre ellos. El conjunto es comparable a un sistema mecánico del tipo “ m asa- resorte-masa" como el que muestra la figura 6.10.

F ig u ra 6 . 10 : E q u iv a le n te m e c á n ic o d e u n a p a re d d o b le .

1 1 6


Este sistema tiene una frecuencia de resonancia, en la que el aislamiento cae, que está dada por la siguiente expresión:

m, y m2: masas por unidad de superficie de las paredes [kg/m2].

De esta expresión se deduce que si el espesor de la capade aire es importante y si los dos paneles son pesados, la frecuencia de resonancia de la pared doble es baja. Si la frecuencia del sonido incidente es inferior a la frecuencia de resonancia, el “resorte” no tiene ninguna eficacia, y la pared doble se comporta como una pared simple de masa equivalente. Si la frecuencia del sonido incidente es superior, el “resorte” transmite mal el movimiento de un panel a otro, y el aislamiento de la pared doble es superior al de una pared simple, de la misma masa, como se aprecia en la figura 6.11.

Figura 6. 11: Diferencia entre el aislamiento de una partición simple y una doble.

c) La capa de aire situada entre los dos paneles puede dar origen a resonancias (ondas estacionarias), de acuerdo con la relación existente entre su espesor y la longitud de onda del sonido incidente. Cuando las ondas incidentes son paralelas a la pared, habrá resonancias si la frecuencia del sonido es igual a:

(6 .10)

donde, d: espesor de la capa de aire [cm];

R (dB)

17000 ( 6 .11)

donde: n = 1 ,2 ,3 ,..;d\ espesor de la capa de aire [cm].

1 1 7


En estas frecuencias se produce una disminución en el aislamiento de la partición doble, como puede apreciarse en la figura 6.12. Para las distancias usuales entre los paneles (de 2 a 10 cm), las frecuencias de resonancia caen en la región de alta frecuencia. Es conveniente elegir la distancia de manera tal, que las resonancias se produzcan afuera de la zona más sensible del oído, o a frecuencias superiores a las del ruido que se desea aislar (figura 6.13).

En párrafos anteriores se vio la importancia de que el espesor de la capa de aire no sea demasiado pequeño, y aquí se señala que no debe ser demasiado grande. En el primer caso se busca que la frecuencia fundamental de resonancia de la pared doble caiga en la región de frecuencias bajas. En el segundo caso, en cambio, se busca que las frecuencias de resonancia de la capa de aire caigan en la región de las altas frecuencias. Como no siempre es posible satisfacer ambas exigencias, será necesario elegir la más importante en función de la composición espectral del ruido que se quiera aislar.

17QOO 2 »1 70 00 d d

Figura 6. 12: Disminución del aislamiento por resonancias en la capa de aire.

En la figura 6.14 se resume el comportamiento general de una pared doble, donde pueden notarse todos los fenómenos que se estudiaron.

18

Indi

ce d

e re

ducc

ión

acús

tica

(dB]


Figura 6 ! 3: Ubicación correcta de las frecuencias de resonancia.

F ig u ra 6 . 14 : C o m p o r t a m ie n to d e u n a p a r t ic ió n d o b le .119


6.5.2. DOS PAREDES SIMPLES SEPARADAS POR MATERIAL ABSORBENTE

Se trata de colocar en el espacio comprendido entre las paredes un material absorbente del sonido (por ejemplo lana de vidrio). Con esto se varía el comportamiento estudiado en el punto anterior de la siguiente forma:

a) El material absorbente modifica el acoplamiento elástico entre los dos elementos, haciéndolo más rígido, y en consecuencia, elevando la frecuencia fundamental de resonancia de la pared doble.b) El material absorbente consume una parte de la energía sonora, permitiendo disminuir la caída del aislamiento en las frecuencias críticas de los elementos que componen la pared doble.

c) El material absorbente consume la energía entretenida entre las paredes, suprimiendo las frecuencias de resonancia de la capa de aire, o disminuyendo su efecto.

En la figura 6.15 puede verse la mejora obtenida en el aislamiento de una pared doble constituida por dos tabiques de yeso de 7 cm de espesor separados por un espacio de 4 cm, cuando el espacio de aire es llenado con lana mineral.

Figura 6. 15: Mejora obtenida al colocar material absorbente entre las paredes: I) sin material; 2) con material.

1 2 0


6.5.3. INFLUENCIA DE LAS UNIONES RÍGIDAS ENTRE LOS ELEMENTOS

Cuando los dos elementos que constituyen la pared doble son pesados y están unidos rígidamente en varios puntos, la vibración de un elemento se comunica al otro y la pared doble se comporta como una simple, de la misma masa, con dos frecuencias críticas en lugar de una sola. Las uniones más frecuentes son debidas a escurrimientos del mortero y a los pasajes de canalizaciones. Este defecto se minimiza cuando se llena el espacio de aire con material absorbente, lo que permite una mejor desolidarización de las paredes (no conviene evidentemente, clavar el absorbente a una de las paredes, ya que los clavos podrían formar las uniones rígidas que se tratan de evitar. Es preferible pegarlo con un adhesivo adecuado).

Cuando uno de los paneles es pesado y el otro es liviano, y el panel liviano es clavado sobre un bastidor de madera sobre el pesado, no se puede afirmar que la pared sea realmente una pared doble. Sin embargo, un procedimiento como eí descripto, permite corregir ciertos defectos de aislamiento del elemento pesado. Para ello es suficiente que el elemento agregado posea un aislamiento relativamente elevado allí donde el elemento pesado tiene un defecto.

Si los dos paneles que constituyen la pared doble son livianos, es conveniente hacer una construcción como la que se muestra en la figura 6.16, que consiste en la construcción de dos esqueletos independientes sobre los que se montan los paneles, ambos separados por material absorbente.

adf I¡7 e|% /O|1i !_

Figura 6. 16: Pared doble construida con paneles livianos.

En el caso de paredes dobles livianas, a los tabiques individuales puede encolarse un material amortiguador (por ejemplo cartón asfáltico), lq que mejora su comportamiento en las frecuencias críticas (en paredes pesadas esta técnica no tiene ninguna eficacia).

. ' . 121


6.6 . AISLAMIENTO DE PARTICIONES COMPUESTAS

Cuando una partición está formada por elementos con diferentes propiedades aislantes del sonido, por ejemplo una pared con ventanas, el aislamiento resultante dependerá de la combinación de los coeficientes de transmisión t (definidos en el punto 6.2.) de cada material, según la expresión [2]:

R = 10 log----------------------:---------S1t,+S2t2+ ... +Snr„

( 6 .12)

donde: S: área total de la partición [m2];S], S2,... Sn: áreas de las superficies individuales [m2]; Tj, t2,... Tn: coeficientes de transmisión de las

superficies individuales.

Los rn pueden calcularse a partir de los Rn correspondientes a cada material, que se encuentran medidos o publicados, haciendo uso de la expresión:

1

antilog í ~ j(6.13)

En la tabla 6.3 se da un ejemplo de una pared de 12 m2 de superficie, en la cual existe una puerta de 2 m2 . Es interesante, notar cómo disminuye el aislamiento del conjunto, a medida que la abertura es menos aislante.

R [dB] (pared)

R [dB] (abertura)

R [dB] (total)

30 50 5050 40 4650 30 3850 20 2850 10 1850 0 8

Tabla 6. 3: Aislamiento de una partición compuesta.

Dos conclusiones prácticas pueden deducirse de esteejemplo:1) Es inútil construir una pared muy aislante si contiene aberturas de aislamiento reducido.2) En paredes compuestas se deben utilizar elementos que tengan aislamientos similares, sobre todo, a medida que sus superficies se avecinan.122


6.7. AISLAMIENTO DE ABERTURAS

Ya se vio que el aislamiento de una partición bien calculada, puede derrumbarsé -si no se tienen precauciones con las aberturas a instalar en ella. Se verán tres casos típicos.

6.7.1. Aislamiento de puertas

Las puertas deben ser pesadas y cerrar perfectamente. Para mejorar la hermeticidad de una puerta conviene colocar burletes de goma en los marcos sin olvidar al umbral (figura 6.17). Se debe lograr un buen ajuste inicial de la puerta para evitar tener que colocar burletes demasiado grandes.

Figu ra 6. 17: Cierre de una puerta con umbral.

6.7.2. AISLAMIENTO DE VENTANAS

Las ventanas, aun cuando se encuentren cerradas, juegan un papel muy importante en la transmisión de los ruidos exteriores. Antes que nada hay que asegurar una muy buena hermeticidad entre hojas y marco, utilizando burletes, si es necesario.

Si se desean mayores aislamientos, se debe recurrir a la construcción de ventanas dobles o triples (incluso con planos no paralelos), separadas por un espacio ele aire importante, ya que al tener los vidrios poco peso, la frecuencia fundamental de resonancia tiende a ser elevada. Conviene no utilizar vidrios del mismo espesor, para evitar que coincidan sus frecuencias críticas. La colocación de doble vidrio en un mismo marco, no permite

1 2 3


obtener ventajas apreciables frente a un vidrio único de espesor equivalente, ya que el espacio de aire es, en general, muy pequeño e imposible de amortiguar con absorbente acústico. En la figura 6.18 se muestra un corte dé una ventana doble, con planos no paralelos, que suministra alto aislamiento sonoro.

6.7.3. AISLAMIENTO DE CAÑERIAS

Los pasajes de cañerías de agua, calefacción central, electricidad, etc., disminuyen el aislamiento que presentaba una partición, previa a la instalación de dichas cañerías.

Toda canalización constituye una unión entre estructuras diferentes y una vía de transmisión de las vibraciones. Para que éstas no sean comunicadas a las paredes atravesadas por las cañerías, conviene recubrir los caños con un forro elástico (cartón alquitranado, goma, etc) como se muestra en la figura 6.19. Este recubrimiento debe ser compacto, a fin de evitar pasajes directos de aire. En el caso de paredes dobles debe cuidarse que las cañerías no formen puentes acústicos.

F ig u ra 6 . 18 : V e n ta n a d o b le .

124


Figura 6. 19: Pasaje de cañerías a través de paredes.

6 .9 . PARTICIONES HORIZONTALES

Para el aislamiento sonoro a los ruidos áéreos de construcciones horizontales (entrepisos, losas, techos, etc.), se aplican los mismos principios que los ya analizados para paredes. Sin embargo, los pisos están sometidos a impactos mecánicos debido a las pisadas, caídas de objetos, etc., lo que obliga a prestar especial atención al aislamiento a los ruidos de im pacto, en las estructuras de este tipo.

Generalmente se cumple que una estructura que aísla satisfactoriamente los ruidos de impacto, lo hace también con los aéreos; no cumpliéndose la condición recíproca. En el capítulo 7, se estudian las diferentes técnicas utilizadas para lograr un adecuado aislamiento a los ruidos de impacto, en estas particiones.

6.8. RESUMEN

En la figura 6.20 se muestran los aislamientos suministrados por diferentes materiales y estructuras típicas (a 500 Hz). Debe tenerse presente, en el momento de la elección de una partición dada, todo lo analizado con relación a los distintos defectos que se presentan, y que producen un desvío de la pendiente teórica determinada por la ley de la masa y de la frecuencia.

125


[gp] eoijspoe upioanpei ep eojpui

Figura 6. 20: Indice de reducción acústica de diferentes materiales y estructuras (a 500 Hz).

Por último, en la tabla 6.4, se dan los valores de las masas por unidad de superficie, correspondientes a 1 cm de espesor, de materiales de uso común. Para obtener el valor de la

126


masa por unidad de superficie de una partición de x era de espesor, basta multiplicar por x el valor dado en la tabla.

MATERIALMASA POR U. DE SUP.

(1 cm de espesor) [kg/m2]

Ladrillo 20 a 25Hormigón armado 23Bloques de cemento 20Yeso 10Vidrio 25 a 29Madera de pino 4 a 8Acero 78Aluminio 27Plomo 130Poliestireno expandido 0 ,2Corcho 2 ,5Goma 11

Tabla 6. 4: Valores de la masa por unidad de superficie de materiales típicos.

6.9 REFERENCIAS

[1] Norma IRAM 4063, Transmisión de sonidos en edificios, métodos de m edición , 1982;

[2] L.L. Beranek, Acústica, HASA, 1971;131 K.B. Ginn, Architectural Acoustics, Brüel & Kjaer, 1978;[4] L. Beranek, Noise a n d Vibration Control, 1NSE, 1988;[51 A. M. Méndez, Aislación acústica, revista “Telegráfica-Electró-

nica”, Octubre, Noviembre, Diciembre de 1977 y Enero de 1978;

[6] C. M. Harris, M anual p a ra el Control del Ruido, 1EAL, 1977.

1 2 7

7.1. INTRODUCCION

Se entiende por ruidos de impacto a aquellos que son generados por una excitación mecánica de corta duración, aplicada directamente sobre la estructura del edificio y que se transmiten por vía sólida. Se diferencian de los ruidos aéreos en que en éstos la excitación es aplicada en el aire.

El mecanismo de transmisión de los ruidos aéreos es el siguiente: cuando una onda sonora generada en un recinto alcanza a una pared, la pone en movimiento vibratorio y este movimiento genera sonido en un recinto adyacente. La figura 7.1 muestra un esquema de lo dicho.

F ig u ra 7 . I : M e c a n is m o d e tr a n s m is ió n d e lo s ru id o s a é r e o s .

129


Ahora bien, si se excita directamente con una fuerza una estructura cualquiera, ésta entrará en vibración y en consecuencia se generará sonido.

La fuerza de excitación puede ser continua en el tiempo, como la generada por una bomba de agua o por un ascensor en movimiento, o bien puede ser de naturaleza impulsiva (de corta duración) como, por ejemplo, la generada por pasos de personas, caídas de objetos, correr de muebles, etc. La figura 7.2. esquematiza este último caso.

El presente capítulo trata de los ruidos de carácter impulsivo, llamados de impacto; mientras que los continuos serán tema de estudio del capítulo 11.

Figura 7. 2: Mecanismo de transmisión de los ruidos de impacto.

7.2. GEN ERALIDADES

Los ruidos de impacto son fuente de gran molestia, ya que producen disminución en el confort, aún cuando los niveles de presión sonora generados no sean elevados. Además, como las vibraciones generadas se transmiten por la estructura, pueden propagarse a grandes distancias, perjudicando a muchas personas simultáneamente.

Otro de los motivos que hace que los ruidos de impacto sean tan molestos, es la naturaleza de su generación, la cual excita a la estructura en todas las frecuencias, inclusive las críticas. (Debe recordarse que la frecuencia crítica es aquella para la cual la velocidad de propagación de la onda en el medio sólido,

1 3 0

Ruidos de impacto

coincide con la velocidad de propagación del sonido en el aire, produciéndose una radiación importante de sonido).

La fuente de ruido de impacto más molesta y generalizada en edificios es la generada por el caminar de las personas. Se ha normalizado su estudio mediante la aplicación de una fuente generadora de impactos llamada, precisamente, “máquina de impactos”. Esta máquina consta, básicamente, de cinco martillos de 500 gramos cada uno, que caen, en caída libre, desde 4 cm de altura con una secuencia de 10 golpes por segundo f 1 ]. En la figura 7.3 puede verse un esquema de la misma y de la señal que genera, en condiciones ideales, en el dominio del tiempo y en el de la frecuencia.

A(t)

n \

Figura 7. 3: Esquema de la máquina de impactos.

Para determinar el comportamiento de una estructura dada a los ruidos de impacto, se coloca la máquina normalizada en la sala cuyo aislamiento quiere estudiarse (sala emisora) y se mide el nivel sonoro resultante en las habitaciones que correspondan (salas receptoras) [1] [2] (figura 7.4).

El nivel medido debe ser luego normalizado, o bien con respecto a la absorción del local receptor, o bien con respecto al tiempo de reverberación del local receptor. En el primer caso se calcula el nivel Nn y en el segundo el nivel NnT. Esto se hace a los efectos de tener niveles comparativos en habitaciones con diferente absorción acústica, según Norma IRAM 4063 131


donde: N: nivel de presión sonora media en el recintoreceptor [dB];

A0: absorción de referencia (10 m2).A2: absorción media del recinto receptor [m2].T : tiempo de reverberación del recinto receptor [si;T0: tiempo de reverberación de referencia (0,5 s).

Es de notar que como nivel de presión sonora en la sala receptora se toma el valor promedio del existente en varias posiciones de la sala. Esto se hace con el fin de eliminar errores generados por la presencia de ondas estacionarias.

Figura 7. 4: Esquema de medición de los ruidos de impacto.

Se cuantifica la mejora obtenida en el aislamiento, con un tratamiento dado, a través del índice de reducción del sonido de im pacto (AAO, definido como la diferencia de los niveles sonoros generados por la máquina de impactos, en la sala receptora, sin y con tratamiento:

AN = N - N (7.3)

donde: Nn 0 : nivel de presión media sin tratamiento, en dB;jVn c : nivel de presión media con tratamiento, en dB.

132

Ruidos de impacto

7.3. A ISLAM IEN TO ACUSTICO A LOS RU ID O S D E IM PACTO

Generalmente las estructuras de los edificios no tienen la suficiente rigidez (relacionada con la cantidad de masa) como para proporcionar un buen aislamiento a los ruidos de impacto. Por este motivo debe recurrirse a formas constructivas especiales para lograr un buen comportamiento desde este punto de vista. Se analizan a continuación, las alternativas más usuales para mejorar el aislamiento acústico a los ruidos de impacto.

7.3.1. RECUBRIMIENTO DE PISOS

Consiste en colocar sobre el piso un recubrimiento blando, como por ejemplo una alfombra o una carpeta de goma blanda. El principio se basa en aumentar la duración de la fuerza aplicada con lo que se logra una disminución en su valor máximo.

El cuerpo que impacta tiene, al llegar al piso, una determinada cantidad de movimiento (obtenida como el producto de su masa por la velocidad en ese instante). De la física se sabe que el impulso (producto de la fuerza aplicada por su duración) es igual a la variación de la cantidad de movimiento. Por lo tanto, a igual variación de la cantidad de movimiento, la amplitud de la fuerza resultante disminuye, si aumenta su duración. En consecuencia, disminuye también el sonido generado, al ser menor la amplitud de la vibración. Es decir, para un objeto de masa m que impacta con una velocidad v, y suponiendo que no existen pérdidas en el proceso [4]:

Figura 7. 5: Proceso de reducción del sonido de impacto, mediante el uso de un recubrimiento blando.

(7.2)

donde: 1. impuso;f. fuerza resultante.

La figura 7.3 esquematiza este proceso.

1 3 3


El AN resultante, para un recubrimiento blando, está dado por la siguiente expresión, la que se gráfica en la figura 7.6 [41.

¿ N = 20 l og— ' (7.4)cos(« * / 2 / / / „ )

con n - 1,2,3... y siendo f 0 la frecuencia de resonancia del sistema, que para un cuerpo de masa m y área de impacto A, está dada por:

f - _ L ¡ A j í (7.5)/o 2iz\m t

donde: ¿c módulo de Young dinámico por unidad de superficie del material elástico [N/m2];

P espesor del material elástico [m].

En la figura 7.6 se puede observar que existe un empeoramiento del aislamiento en los alrededores de la frecuencia de resonancia y que, cuando el material tiene bajas pérdidas internas, el aislamiento es muy alto para los armónicos impares de esta frecuencia. En forma aproximada puede considerarse que el aislamiento crece a razón de 40 dB por década (12 dB por octava) a partir de la frecuencia de resonancia, no obteniéndose mejoras para frecuencias inferiores a ésta.

Figura 7. 6: AN obtenido con un recubrimiento blando.

La frecuencia de resonancia f Q de una capa elástica, para la máquina de impactos, en función de E/t se muestra en la figura134

Ruidos de impacto

7.7. Las figuras 7.6 y 7.7 permiten seleccionar el material adecuado para lograr una determinada disminución del ruido.

7.3.2. PISOS FLOTANTES

El “piso flotante” consiste en una losa o contrapiso que está apoyado sobre un material elástico, sin contacto directo con la estructura. La idea es aislar, del resto del edificio, las vibraciones generadas por el impacto. La figura 7.8 muestra un esquema de esta solución.

Los materiales empleados como capa elástica deben cumplir con una serie de requisitos, a saber:

• tener buena resistencia mecánica (no endurecerse ni volverse polvo);

• tener buena resistencia química (no descomponerse ni ser atacados por la humedad);

• tener alta resistencia a la perforación;• ser incombustibles;• ser elásticos (tener baja rigidez dinámica).

Figura 7. 7; Frecuencia de resonancia de una capa elástica en función de E/t.

1 3 5


Los materiales más comúnmente empleados son:• lana de vidrio;• velo de vidrio;• poliestireno expandido elastizado;• goma blanda.

capa elásticaI10“ !

n t m r n t t n n m T n t r . m r m r m m r

<lilÍIPIí estructura I« iíw m U iíú í« ^

Figura 7. 8: Esquema de un piso flotante.

Analizada más en profundidad, la losa flotante puede ser representada, en forma aproximada, por el equivalente mecánico que muestra la figura 7.9 [4], en donde:

w: masa por unidad de superficie de la losa flotante [kg/m2] k : rigidez dinámica por unidad de superficie de la capa

elástica [N/m3];r. amortiguamiento por unidad de superficie de la capa

elástica [N/m3].

Figura 7. 9; Equivalente mecánico de un piso flotante.

El sistema tiene una frecuencia de resonancia que está dada por la siguiente expresión:136

Ruidos de im pacto

f o r J v ,(7.6)

En función de lo anterior y suponiendo que el material con que está construida la losa flotante tiene grandes pérdidas internas (contrapiso amorfo, asfalto), se puede deducir la siguiente expresión aproximada del AN [4]:

r i2

AN = 20 log + Xf .

40 log - j -Jo

f » f o (7.7)

siendo el comportamiento real el que muestra la figura 7.10.Al igual que para el caso de recubrimiento de pisos, se

observa un empeoramiento del aislamiento en las vecindades de la frecuencia de resonancia, por lo que ésta debe ser lo más baja posible, con lo que además se logra mayor atenuación para las frecuencias altas.

Cuando el material con el que está construida la losa flotante tiene bajas pérdidas internas (por ejemplo un contrapiso con metal desplegado), la expresión del aislamiento se complica y se observa un empeoramiento de las características. Como muestra la figura 7.11, la pendiente a partir de la frecuencia de resonancia deja de ser de 40 dB por década, para pasar a ser de 30 dB por década, aproximadamente [A].

Figura 7. 10: AN obtenido con un piso flotante con altas pérdidas internas.

1 3 7


Como se deduce de las expresiones 7.6 y 7.7, para lograr un determinado aislamiento, es importante conocer la rigidez dinámica del material elástico a utilizar en un piso flotante. Por este motivo existe una norma IRAM, la 4121, que determina la forma correcta de medición de este parámetro [51.

Para lograr las características de aislamiento teóricas se debe ser muy cuidadoso en la construcción del piso flotante, ya que se debe evitar la formación de uniones rígidas, llamadas “puentes acústicos”, entre el piso flotante y la estructura. A continuación se detallan las precauciones generales que deben ser tenidas en cuenta.

• la losa de base debe ser plana;• si existen cañerías, deben estar disimuladas en la estructura;• se debe colocar el material elástico cuidando que no queden

espacios vacíos en las uniones;• contra las paredes se deben levantar tiras de material elástico a

modo de zócalos;• se debe cubrir todo con algún material impermeable (hojas de

polietileno, papel kraft, etc );• se deben aislar con material elástico todas las cañerías que

deban pasar a la superficie (radiadores, desagües, etc.);• la losa flotante debe tener una masa por unidad de superficie

adecuada al aislamiento que se desea conseguir;• se debe tener cuidado de no perforar el aislante cuando se hace

la colada;• el revestimiento del piso no debe tener contacto con las paredes;• se deben colocar los zócalos separados del revestimiento del piso

y rellenar las juntas con algún material elástico.

Frecuencia [Hz)

1 3 8

Figura 7. 11: A N obtenido con un piso flotante con bajas pérdidas internas.

Ruidos de impacto

En la referencia [6] se hace mención a las características de un material comercial apto para usarse como capa elástica en pisos flotantes, donde se pueden ver algunos de los procedimientos y precauciones mencionadas.

7.3.3. FALSOS CIELORRASOS

Esta solución no es tan efectiva como las anteriores y se debe aplicar únicamente cuando no se puede actuar sobre la sala generadora. Consiste en la colocación de un nuevo cielorraso que debe estar construido con un material no poroso, con una masa por unidad de superficie importante (recuérdese la llamada “ley de la masa” para aislamiento de los ruidos aéreos) y dejando un espacio de aire, lo mayor posible, en el que conviene colocar material absorbente (por ejemplo lana de vidrio) (71. Como se ve, esta solución quita espacio, por lo que no siempre es factible su instrumentación.

En la figura 7.12 se pueden observar las distintas formas en que se puede colocar el cielorraso y sus comportarmentos frente a los ruidos de impacto En ella se aprecia que la transmisión por flanqueo no es eliminada, lo cual es el principal motivo de la poca mejora obtenida en la reducción del ruido.

En la figura 7.12 a, el cielorraso ha sido directamente soportado en la losa a través de listones rígidos, lo que si bien facilita la construcción, empeora el aislamiento, debido a los puentes acústicos que se forman.

139


Figura 7. 13: Esquema de una suspensión elástica.

i 4 0

Ruidos de impacto

En la figura 7.12 b el cielorraso se ha suspendido elásticamente de la losa, a través de resortes o configuraciones como la que muestra la figura 7.13, en donde b son bridas construidas con un material resistente a la tracción (por ejemplo hierro, acero, etc.) y e es un bloque de algún material con buena elasticidad ípdr ejemplo goma, lana de vidrio, poliestireno expandido elatizado, etc.). Conviene aclarar que se debe tener cuidado de sellar los contactos del cielorraso con las paredes mediante un material elástico.

Por último, en la figura 7.12 c, el cielorraso descansa sobre tiras de material elástico las cuales cubren perfectamente los bordes.

Conviene destacar que estas soluciones no son tan efectivas como la construcción de una losa flotante o la colocación de un recubrimiento blando, ya que ninguna de las variantes de falsos cielorrasos elimina las transmisiones por flanqueo, como puede apreciarse en la figura 7.12. Sin embargo, son las únicas posibilidades de que se dispone, cuando no se puede realizar ningún tipo de tratamiento en la sala generadora del ruido.

7 .4 . REFERENCIAS

[11 Brüel & Kjaer, Tapping M achine Type 3204, Instm ctions an d applications, 1966;

[2] K. B. Ginn, Architectural Acoustics, Brüel & Kjaer, 1978;[31 Norma IRAM 4063, Transmisión de sonidos en edificios, méto

dos de medición, 1982;[4] L. Beranek, Noise an d Vibration Control, INSE, 1988;151 Norma IRAM 4121, Determinación de la rigidez d in ám ica de

m ateriales p a ra uso bajo pisos flotantes, 1992;[6] Vidrotel, Im portancia del control acústico con relación a la

salud y e l bienestar, reporte técnico;Í71A. C. Raes, Isolation SonoreetAcoustique Architecturale, Edition

Chiron, 1964.

141

8 .1 . INTRODUCCION

Cuando se realizan mediciones de aislamiento, ya sea a ruidos aéreos o de impacto, los resultados se presentan habitualmente en forma de tabla de valores o de gráficos, ambos en función de la frecuencia. Se dispone de valores en dB para cada banda de frecuencia medida, ya sea por octavas o por tercios de octava.

El inconveniente que se manifiesta en estas presentaciones es que resulta engorrosa su interpretación, en especial si quien lo hace no está habituado a su manejo. Tal es el.caso de querer comparar las tablas de valores o los gráficos de dos mediciones, a los efectos de definir cuál material es acústicamente mejor.

La falta de una definición más clara de los resultados hace que sean posibles manifestaciones ambiguas, tales como decir que un material posee determinado valor de aislamiento sin precisar a qué frecuencia. Es sabido que todos los materiales poseen un aislamiento a ruidos aéreos que aumenta con la frecuencia, por lo tanto, no basta dar un número de dB como valor del aislamiento si no viene acompañado de la banda de frecuencia donde ello ocurre.

Es por ello que se idearon métodos para clasificar los materiales según su mayor o menor aislamiento acústico. Todos ellos dan como resultado un número único, pero representativo de lo que ocurre en todo el espectro de frecuencias utilizado para la medición.

143


8 . 2 . EVALUACION DEL AISLAMIENTO A RUIDOS AEREOS

Los primeros intentos fueron los del Building Research Station [2], definiendo varias curvas típicas d e aislam iento o p erfiles, que representan el mínimo aislamiento requerido para pertenecer a cierto grado, los cuales se designan como I (el de mayor exigencia) y II (el de menor requerimiento). Se supone que los materiales que no alcanzan el Grado II no son acústicamente aptos. En la figura 8.1 se puede apreciar uno de ellos.

Diremos que en cierta banda existirá una diferencia desfavorable cuando el aislamiento medido es menor que lo dado por el perfil.

Para encuadrar una medición en cierto Grado se adopta el criterio de que la sumatoria de las diferencias desfavorables, medidas en tercios de octava, entre 100 y 3-150 Hz, sea de hasta 23 dB. Las diferencias favorables no cuentan.

El perfil que fija el límite para encuadramiento en Grado I se encuentra desplazado 5 dB hacia arriba.

Figura 8. I : Perfiles del BRS N° 96 (Grado II).

Otra forma de evaluación con perfiles está dada en la Norma Alemana DIN 4109 14] (ver figura 8.2), cuya posición, para el caso de evaluar aislamiento a ruidos aéreos “in situ” se indica a continuación. 144

Perfiles

Cuando se evalúa aislamiento aéreo en laboratorio, la posición de referencia del perfil se ubica 2 dB por encima del indicado en la fig. 8.2.

En ambos casos se comparan los valores medidos con el perfil que corresponda (se exigen 2 dB más en laboratorio, ya que se supone que éste no posee flanqueo).

La ventaja que ofrece esta Norma es que se obtiene como resultado un número único, en base a que el perfil se desliza, de acuerdo a un procedimiento allí explicado.

Además, la Norma fija los números únicos que deben ser alcanzados en diferentes situaciones, dentro de úna misma vivienda, entre viviendas linderas, entre una vivienda y un local comercial vecino, o entre locales “ruidosos’' y “silenciosos” de hospitales, hoteles, etc.

Esta idea fue recogida por la Norma ISO 717 [51 y por la IRAM 4043 [6], las cuales se pasarán a describir con más detalle a continuación.

El perfil utilizado es una poligonal de tres tramos:1) Entre 100 y 400 Hz, con una pendiente de 9 dB/oct.2) Entre 400 y 1.250 Hz, con una pendiente de 3 dB/oct.3) Entre 1.250 y 3.150 Hz, constante.

Se debe disponer de una medición de aislamiento aéreo normalizado realizada por tercios de octava, en forma de gráfico,

145


o en forma de tabla, si se desea procesar por computadora.Si se superpone el gráfico de la medición con el perfil de

la Norma, existirán bandas de frecuencia donde el valor medido es mayor que el respectivo del perfil; se dice que allí existe una diferencia favorable , en caso contrario la diferencia es desfavorable.

Se comienza colocando el perfil en la parte inferior del gráfico, por lo que todas las diferencias resultan favorables.

Se hace avanzar el perfil hacia arriba, en pasos de 1 dB, hasta que aparezcan bandas de frecuencia con diferencias desfavorables.

Una vez conseguida la condición de que la diferencia desfavorable promedio sea menor y lo más próxima posible a 2 dB, se detiene el proceso.

El promedio se efectúa dividiendo la sumatoria de las diferencias desfavorables por el número de bandas medidas, que son 16, considerando que se trabaja desde 100 Hz a 3.150 Hz.

Una vez alcanzada la posición final, resulta como número único (Rw), el correspondiente a la altura del perfil en 500 Hz, leído en la escala de dB.

Además, debe consignarse la existencia de bandas de frecuencia con diferencias desfavorables iguales o mayores a 8 dB.

En ía figura 8.3 se muestra una situación típica, donde se han marcado las zonas de diferencias desfavorables y el número único R ,.

Perfiles

Este método de evaluación es complicado si se ejecuta en forma manual, pero es muy sencillo de procesar por computadora, conociendo sólo la tabla de valores medidos.

Una vez obtenidos los números únicos de diversos materiales, es evidente que será acústicamente mejor aquél que posea un i?w más alto.

Conviene hacer notar que el número único es representativo de lo que sucede en todas la bandas de frecuencia, por lo que expresa el comportamiento del material sin ambigüedades.

Si el caso fuera comparar dos materiales con igual buscando cuál de ellos es mejor en cierta frecuencia, es de destacar que quien calcula R^, necesariamente debe poseer la curva o tabla completa de medición por tercios de octava, la que permitirá ampliar la información.

8.3. EVALUACION DEL AISLAMIENTO A RUIDOS DEL IMPACTO

En Inglaterra [31 se da un perfil que define el requerimiento mínimo (Grado II), el cual debe compararse con la gráfica de la medición efectuada, para saber si el material es acústicamente apto (ver figura 8.4).

147


En mediciones de aislación a impactos, se expresa el resultado a través del nivel sonoro obtenido debajo del entrepiso en estudio luego de ser excitado mediante la M áquina de Im pactos N orm alizada. Es por ello que los materiales acústicamente pobres tienen una curva más alta. Se dice entonces que las diferencias desfavorables ocurren cuando la curva medida está por encima del perfil.

Aquí también se admite como máximo una sumatoria de diferencias desfavorables de 23 dB.

En esta publicación aparece definido un segundo perfil, correspondiente al Grado I, el cual se halla desplazado 6 dB hacia abajo, lo cual indica que el material así evaluado poseerá una mejor calidad acústica.

En el caso de la Norma DIN 4109 [41, el perfil utilizado se muestra en la figura 8.5, y es deslizante, lo cual permite calcular números únicos.

Se aclara que la posición mostrada del perfil es la que corresponde al “Número Unico Cero” definido en esta Norma; otros números surgirán del desplazamiento del perfil en forma vertical.

La misma norma da los valores de los números únicos máximos sugeridos para entrepisos en diversos locales, según sea su ubicación y destino.

148

Perfiles

También se repitió-la idea del perfil deslizante para evaluación del aislamiento a impactos en las Normas ISO 717 151 e IRAM 4043 (61.

En ambas el perfil adoptado tiene idéntica forma al de la Norma DIN 4109, o sea:1) Entre 100 y 315 Hz, constante.2) Entre 315 y 1.000 Hz, con una pendiente de - 3 dB/oct.3) Entre 1.000 y 3-150 Hz, con una pendient de - 9 dB/oct.

Al perfil se lo hace deslizar desde una posición totalmente por encima de la gráfica medida, h ac ia ahajo, hasta que aparezcan diferencias desfavorables, que en este caso ocurren cuando el valor medido está por arriba del perfil.

Una vez conseguida la condición de que la diferencia desfavorable promedio sea menor y lo más próxima posible a 2 dB, se detiene el proceso y se lee en la escala de dB la altura alcanzada por el perfil en 500 Hz, lo cual representa el número único Nnv/ correspondiente a esa medición.

Aquí también debe consignarse la existencia de frecuencias con diferencias desfavorables iguales o mayores a 8 dB.

Rigen aquí las mismas consideraciones en cuanto a la comparación de los números únicos, con la importante salvedad de que, en este caso, son mejores los materiales que poseen menor Anvv.

Figura 8. 6: Evaluación con el perfil IRAM 4043 para ruidos de impacto.149

A cú stica Arquitectónica

En la figura 8.6 se representa una situación típica, mostrando las diferencias desfavorables con la zona rayada, y el número único sobre la escala de decibeles.

Es interesante hacer notar que, dada la forma de este perfil, las diferencias desfavorables ocurren en alta frecuencia para los pisos desnudos o con revestimientos acústicamente pobres, mientras que si evaluamos pisos revestidos adecuadamente, las diferencias desfavorables ocurren en baja frecuencia.

Esto nos indica que la zona donde están las diferencias desfavorables marca donde está fallando el piso, otra interesante ventaja que presenta el método de los perfiles deslizantes.

8 .4 . AISLAMIENTO A IMPACTOS DE REVESTIMIENTOS

La Norma IRAM 4063 [8], en su parte VII, explica como se realiza la medición de un revestimiento. Se obtiene un valor A TV como diferencia entre los niveles sonoros del piso sin revestir y revestido.

El procedimiento descripto en el anexo A de la Norma IRAM 4043 para obtener el número único de un revestimiento es el siguiente:a) Se define un piso patrón teórico a través de una tabla de valores o una gráfica.b) En cada banda, al valor del perfil patrón se le resta el valor AN ya conocido.

El resultado es una segunda gráfica que representa el nivel sonoro que se mediría al colocar el revestimiento en cuestión sobre el piso patrón (ver figura 8.7).

Tal gráfica puede evaluarse con el procedimiento del perfil móvil correspondiente a aislamiento de impactos, recién visto.

El resultado de este proceso será un número, en dB, que se denominará Anwr, que será el número único representativo del piso patrón cubierto con el revestimiento en cuestión.

Finalmente se calcula AAw, restando Nn de 78 dB.

AÍV„ - 78 dB ■ Arnwr C8.1)

Donde AAw es llamado Indice de Reducción del Sonido de Im pacto Compensado.

Se aclara que 78 dB es el número único correspondiente al piso patrón desnudo, antes definido.

En la figura 8.7, se representa el gráfico del nivel sonoro del piso patrón, el del mismo con el revestimiento colocado

ISO

Perfiles

sobre él, el perfil deslizante de evaluación, y el número únicoAL

En la Norma IRAM 4044 [7] figuran los números únicos aconsejados de aislamiento a ruidos aéreos para casos típicos en viviendas y locales comerciales. Algunos valores son los siguientes:Entre departamentos del mismo edificio........................................44 dBEntre un departamento y el edificio lindero................................ .48 dBTabiques internos............................... .37 dBEntre locales públicos y viviendas................................................... 56 dBHospedaje y Salud, entre locales silenciosos o n o ......................56 dBEscuelas, entre aulas............................................................................44 dBEscuelas, entre aulas y circulación..................... ....40 dB

Se dan a continuación los números únicos, medidos en laboratorio, para algunos materiales típicos utilizados en nuestro país en la construcción de paredes y tabiques.

Guillermina 2 x 13 mm, lana vidrio 2 x 10 mm, chapa N° 12.31 dB Ladrillos huecos 12 x 20 x 40, sin revocar (12 cm ).............36 dB

151


Idem 11 x 17 x 31, revoque ambas caras (15 cm )...................... 38 dBLadrillos comunes 12 cm, sin revocar.............................................40 dBIdem, revoque ambas caras (15 cm )................................................ 44 dBIdem, pero de 30 cm ...................... 48 dBLadrillos huecos 18 x 19 x 40, sin revocar (18 cm )..............42 dBIdem, revoque una cara...................................................................... 43 dBIdem, revoque ambas caras (22 cm )................................................ 44 dBIdem, más otra pared de 11 cm huecos, revocada..................... 50 dBHormigón común, de 15 c m .............................................................. 51 dB

Cabe destacar que aun no existe en nuestro país una tabla de números únicos recomendados para ruidos de impacto, esto debido a que se requiere de un gran número de mediciones y de estadísticas para definir los valores razonables para los materiales habitualmente usados.

Sin embargo, a título informativo, se consigna a continuación la lista de números únicos medidos en pisos y revestimientos de pisos, para materiales típicos en nuestro país. Son todas mediciones realizadas en el Laboratorio de Acústica y Luminotecnica de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Prov. de Buenos Aires.

NUMEROS UNICOS DE PISOS (A'nw)

Losa de viguetas 13 cm, más 5 cm hormigón liviano....... 91 dBIdem, revestida con vinílico de 1,5 mm.........................................82 dBIdem, con goma de 3,5 mm....................................................... 70 dBIdem, con alfombra buclé de 6 m m ........................................ 59 dBLosa llena, de 12 cm, desnuda.................................................. 73 dBIdem, revestida con vinílico de 1,5 mm.................................. 66 dBIdem, con goma de 3,5 mm........................................................62 dBIdem, con alfombra buclé de 6 m m .............................................. 57 dBIdem, con alfombra buclé de 8 m m .............................................. 55 dBIdem, con losa flotante (16 mm poliestireno expandido) ..50 dBIdem, 3 mm velo de vidrio..........................................................42 dBIdem, 1 cm lana de vidrio...........................................................41 dB

NUMEROS UNICOS DE REVESTIMIENTOS (ANW)

Vinílico de 1,5 mm...........................................................................9 dBGoma de 4 mm (dura).................................................................12 dBGoma de 3,5 mm (blanda)..........................................................15 dBTapizmel de 4 mm........................................................................ 18 dBAlfombra buclé de 6 mm............................................................ 22 dBAlfombra buclé de 8 mm............................................................ 23 dBLosa flotante con 3 mm velo de vidrio................................... 34 dBIdem, revestida con vinílico de 1,5 mm.................................. 38 dBIdem, con goma de 4 m m ...........................................................39 dBí 52

Perfiles

31.5 83 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Frecuencia [Hz]

Figura 8. 8: Curvas NR.

8 .5 . CURVAS NR (NOISE RATING)

Permiten calcular la sonoridad de un ruido complejo, cuando se conoce el espectro del ruido, medido por bandas de octava.

1 5 3


Estas curvas, ver figura 8.8, están dadas por puntos, los que corresponden a cada octava. Cada curva tiene en 1.000 Hz un nivel igual al que designa su número; por ejemplo, la curva NR 23 tiene un nivel de 23 dB en 1.000 Hz, y así sucesivamente.

La forma de operar para obtener un número NR es superponer el espectro medido por octavas con las curvas, haciéndolas coincidir en frecuencia y en nivel. El número NR buscado es igual al de la curva más alta alcanzada por el espectro.

Para comparar la sonoridad de dos espectros se tendrá en cuenta que el número NR más alto representa mayor sonoridad.

Existen tablas que expresan los números NR aconsejados para diferentes situaciones, por ejemplo los de la Norma IRAM 4070, dados en Tabla 8.1.

Lugar Ambiente Valor NR dB A*

Estudios Radio y TV 15-20 25-30

Auditorios Sala de concierto 20-25 30-35Cinematógrafo 25-35 35-45

Escuelas Aula 25-35 35-45Biblioteca {Sala de lectura) 25-30 35-40

Iglesias Nave 25-30 35-40

Hospitales Habitaciones 25-35 30-40Quirófano 30-40 35-45Circulaciones 35-45 40-50

Residencias Rurales 20-30 25-35Suburbanas 25-35 30-40Urbanas 30-40 35-45

Restaurantes Salón comedor 35-45 40-50

Comercios Salón de ventas 40-50 45-55

Oficinas Privadas 30-40 35-45Públicas 35-45 40-50

Hoteles Habitaciones 30-40 35-45

Deportivos Gimnasios 35-45 40-50Pileta de natación 40-55 45-60

T a b la 8 . I : V a lo re s d e ru id o a ce p ta b le s en a m b ie n te s d e so cu p a d o s

(sin p e rso n a s) .

154

Perfiles

8 .6 REFERENCIAS

[1] Norma ASTM E-413, Determination o f Sound Transmission Class, 1973;

[2] Building Research Station Digest NQ 96, Sound insulation an d new form o f construction, 1971;

[31 Building Research Station Digest Ne 102, Sound insulation o f traditional dwellings, 1971;

[4] Norma DIN 4109 Parte 2, Noise control in buildings Requirements, 1983;

151 Norma ISO 717, Rating o f sound insulation in buildings an d o f building elements, 1982;

[6] Norma I RAM 4043, Clasificación de aislación del sonido en edificios y elementos d e edificios, 1984;

[7] Norma IRAM 4044, Aislamiento acústico mínimo en tabiques y muros, 1985;

[8] Norma IRAM 4063, Transmisión de sonidos en edificios, 1982;191 Gunnar O. Jorgen, The missing links in the p lann ing o f sound

insulation in buildings, Norwegian Building Research Institute, 1963.

155

9ACUSTICA DE VIVIENDAS

9 .1 . INTRODUCCION

El diseño acústico y el control del ruido en una vivienda, es un capítulo importante dentro de la arquitectura y la ingeniería. Casi la totalidad de las viviendas de hoy día están sometidas a ruidos, provenientes tanto del exterior como de su interior. Por esta razón, es muy importante establecer criterios de diseño y control para obtener niveles sonoros aceptables dentro de estos lugares.

Los criterios a aplicar en las viviendas son bastante diferentes que en otras construcciones. Por ejemplo, en fábricas, se busca principalmente que el nivel sonoro no cause daño auditivo; en salas de concierto, que se pueda escuchar claramente la música; en salas de conferencias o aulas, que haya buena intelegibilidad de las palabras; en automóviles, que se pueda viajar confortablemente, etc. En viviendas, podría hacerse una aproximación diciendo que el criterio es que haya una buena comunicación oral en las diferentes áreas de la casa. Sin embargo, esto no es más que una aproximación, puesto que cuando está funcionando la aspiradora o la procesadora de alimentos, uno tiene que elevar la voz para hacerse entender. Estos electrodomésticos, a pesar de ser inexorablemente ruidosos, son beneficiosos en el hogar,- y además, el ruido que ellos generan son de relativa corta duración.

Sin embargo, durante las horas nocturnas, el criterio se vuelve mucho más estricto en cuanto a nivel sonoro se refiere. Aquí intervienen muchos factores tanto físicos y objetivos como psíquicos y subjetivos. Según la norma ¡RAM 4070 son aceptables valores NR de entre 20 y 30 para niveles medidos en el interior de viviendas ubicadas en zonas rurales, de entre 25 y 35 para las zonas suburbanas y de entre 30 y 40 para las zonas urbanas. Tener valores menores que éstos, puede llegar a ser contraproducente, puesto que para ambientes muy silenciosos, cualquier sonido extraño que ocurra, aparecerá magnificado en proporción.

1 5 7


Parecería entonces que hay un amplio rango de niveles sonoros de los ruidos que la gente puede tolerar durante las horas de sueño. Algunos ruidos esporádicos pueden exceder considerablemente (y de hecho generalmente lo hacen) los valores mencionados más arriba y sin embargo también son tolerados, aunque esto depende de la naturaleza del sonido, de la naturaleza del área en donde se encuentre la residencia y del temperamento de las personas que habiten en esa área.

El nivel sonoro que exista dentro de una casa en las horas nocturnas, por ejemplo, dependerá casi exclusivamente del nivel sonoro “general” que haya en el exterior. Obviamente, este nivel quedará reducido por el aislamiento propio de la construcción perimetral de la vivienda y eventualmente por habitaciones intermedias. La figura 9-1, muestra la reducción del ruido exterior aproximada, provista por una vivienda de tipo familiar, en la cual se ha considerado que el área abarcada por ventanas es de aproximadamente de un 10 a un 30 por ciento del área total de las paredes que dan al exterior. Para diferentes tipos constructivos, relación ventana-pared y distribución de las diferentes habitaciones, los valores de las curvas variarán más o menos significativamente, pero la forma de las curvas se mantendrá aproximadamente igual.

50

Ü. 40IIS 30|i 20

9

% 10 c

o63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Frecuencia [HzJFigura 9. I : Reducción aproximada del ruido exterior

del perímetro de una vivienda familiar tipo.

Como se dijo anteriormente, los ruidos existentes dentro de una vivienda, pueden provenir tanto de fuentes generadoras exteriores como de fuentes generadoras interiores a dicha vivienda o a una vecina.

A continuación, se analizarán los ruidos más frecuentes

158

Acústica de Viviendas

en la práctica, que son generados por fuentes exteriores a las viviendas. Luego se hará lo mismo con los ruidos generados por fuentes interiores. Una vez conocidas las principales características de estos ruidos, se analizará cómo se pueden proteger a las viviendas de ellos. Se considerará, primeramente, la protección con los ruidos exteriores, desde la elección de la zona (primerísima instancia) hasta el uso de ruidos enmascarantes (último recurso). Luego se procederá en forma análoga, pero con los ruidos interiores. Se verá desde el plano y la disposición relativa de las habitaciones (primer paso), hasta el control del ruido mediante la fonoabsorción (último paso).

9 .2 . RUIDOS PROVENIENTES DEL EXTERIOR

9.2.1. RUIDO GENERADO POR AERONAVES

Las aeronaves son fuentes de ruido de extremadamente alta potencia [2]. Además, las condiciones de propagación del sonido son muy favorables debido a que en los aeropuertos no existen muchos obstáculos que impidan el paso de las ondas sonoras. Obviamente, el ruido que más afecta, será el producido por el despegue reciente o el próximo aterrizaje de los aviones, y las viviendas más afectadas serán las que se encuentren en las cercanías de los aeropuertos. Las aeronaves en vuelo subsónico (vuelos comerciales) no producen ruidos muy molestos debido a las grandes distancias que las separan de la superficie. Tampoco lo hacen aquellas que se encuentren apoyadas sobre la superficie, debido a que el ruido es fuertemente atenuado por la misma, salvo que aquel sea muy frecuente o de duración prolongada, como en el caso de operaciones de entrenamiento. En los casos de reciente despegue o próximo aterrizaje, no obstante, es muy diferente la situación; en el primero, la potencia acústica emitida es máxima cuando el avión está cerca de la superficie; en el segundo, la potencia acústica es menor pero el avión está más cerca del suelo y durante más tiempo, y además, la pendiente con la cual aterriza favorece la propagación del sonido.

Para un observador ubicado en las proximidades de un aeropuerto, el nivel de presión sonora resultante del pasaje de un avión (ya sea por despegue o aterrizaje), aumenta progresivamente hasta llegar a un máximo valor, y luego comienza a decrecer hasta llegar al ruido de fondo, como lo esquematiza la figura 9 2.

Durante este período, el espectro del ruido varía debido a las características de directividad de la fuente y al efecto Doppler- Fizeau. Además, generalmente los niveles máximos de la presión sonora en cada banda de frecuencias, no se producen simultáneamente. El ruido generado puede entonces caracterizarse por el

159


intervalo de tiempo x durante el cual el nivel sonoro sobrepasa un valór escogido como referencia (80 dB medidos con compensación “A”, por ejemplo), el máximo nivel sonoro a lcan zado ¿máx, y por el espectro obtenido realizando una yuxtaposición de todos los niveles máximos de presión sonora obtenidos en cada banda de análisis.

A título informativo, téngase en cuenta que un avión comercial mediano, en su despegue, puede producir niveles sonoros cercanos a 100 dB o inclusive mayores, a una distancia de 300 m de la pista, y de alrededor de 75 dB, durante su aterrizaje. Estos valores tan altos, son generados en muchas bandas de octava, en el intervalo de 125 a 4.000 Hz, lo cual da niveles sonoros mayores si son medidos en banda ancha (dB compensados “A”).

Figura 9. 2: Variación del nivel de ruido del pasaje de un avión, medido sobre la superficie.

9.2.2. RUIDO GENERADO POR AUTOMOTORES

El ruido generado por un vehículo automotor (moto, automóvil, camión, etc.), es el resultado de la superposición de diversas fuentes sonoras propias del vehículo, como ser el motor, la carrocería, los dispositivos de transmisión, los neumáticos, etc.

Si se considera un vehículo en forma aislada, se puede verificar que el ruido que él genera depende fundamentalmente de la velocidad del motor y de la velocidad de desplazamiento (obviamente, considerando al vehículo en buen estado al igual que el camino por el cual él se desplaza).

En la práctica, el ruido vehicular, conocido comúnmente como “ruido de tránsito”, está compuesto por la superposición del ruido de muchos vehículos, de distintas características, circulando a distintas velocidades y además, en distintas condiciones 160


mecánicas. Es, por lo tanto, un ruido estadístico, en el cual intervienen otros factores tales como bocinas, aceleradas bruscas, etc.

Para el análisis de este tipo de ruido, se lo clasifica en dos grandes grupos. Uno lo conforman los ruidos producidos por las vías rápidas, como ser rutas, autopistas, etc., en las cuales se supone que no existen edificaciones en los laterales que produzcan modificaciones importantes en el trayecto de las ondas sonoras. El otro, son los producidos por las vías urbanas, es decir, las calles de las ciudades, al margen de las cuales la presencia continua de edificaciones elevadas, refuerza el ruido debido a la gran cantidad de reflexiones sucesivas en las fachadas.

Obviamente, estos son dos casos extremos de una infinidad de variantes intermedias. Sin embargo, muy lejos de pretender realizar un análisis detallado de este tema, se explica a continuación, un breve panorama de los modelos básicos a utilizar en estos casos.

a) Vías rápidas

En este caso, puede considerarse, como representación acústica más elemental, que la vía está formada por la calzada sobre la cual están repartidas, uniformemente, fuentes sonoras de la misma potencia y acústicamente independientes entre sí; es decir, que los ruidos que ellas generan, tienen una potencia promedio de un valor dado, que es igual para cada uno de ellos, y que además, las características temporales de cualquiera de estos ruidos no guarda ninguna correlación con los demás. Esta fuente, vista desde una distancia grande comparada con su ancho, se comporta como una fuente lineal uniforme, con una potencia acústica por unidad de longitud Wu dada por:

Wu = nu W (9-1)

donde (Fes la potencia acústica media de todo vehículo que transite por la calzada y nu es el número de ellos por unidad de longitud. La figura 9 3 esquematiza esa representación.

Figura 9. 3; Representación elemental de una vía rápida.1 6 1


Puede demostrarse [2] que a una cierta distancia d de la vía, el nivel de presión sonora viene dado por:

2 = Wa p a c (9.2)V 2 d

donde p 0 es la densidad del aire y cía velocidad del sonido. Esta ecuación supone, además de las consideraciones hechas anteriormente, una longitud infinita para la fuente lineal.

Algunos estudios [3-4] muestran que para las vías rápidas, en terreno plano, Wu (ponderado con la ley A) está en el orden de 0,7 mW/m cuando el tráfico de vehículos Q es de alrededor de 2.000 vehículos/hora. Esto sale de mediciones promediadas en intervalos de 10 a 15 minutos, en los momentos en que el tráfico es estable, no muy denso, y para pavimentos de asfalto u hormigón en buen estado.

Se observa, además, que cuando no hay limitación de velocidad, la potencia Wu es proporcional al tráfico Q. Entonces, de la ecuación 9 2 se deduce que el nivel equivalente de la presión sonora compensado “A” viene dado, aproximadamente, por:

L = 55 + lO lo g ^ J dB(A) (9 3)

donde d es la distancia al borde de la calzada expresada en metros y Q la cantidad de vehículos por hora.

Cuando el número de carriles es muy elevado, habrá que tener cuidado de que la distancia d siga siendo grande con respecto al ancho de la vía. Si esto no sucediese, habrá que hacer un estudio más riguroso, considerando cada carril por separado y luego hacer una composición de los efectos. Las ecuaciones 9-2 y 9 3, consideran un tráfico no muy denso (inferior al 10%) y terreno plano. Si este porcentaje aumenta o si la calzada tiene pendiente, habrá que sumarle al valor L de la 9 3 una cierta cantidad de dB, según sea el caso [2].

La variación de la velocidad media de los vehículos, también influye en los cálculos, y también habrá factores de corrección según esta sea menor o mayor con respecto a la ecuación 9 3 (en ella se ha considerado una velocidad media de 80 km/h).

Se puede ver según la ecuación 9.3, que para grandes distancias d, el nivel equivalente del ruido debe decrecer en 3 dB cada vez que se duplica la distancia. En la práctica, este decreciento es mayor, debido a efectos de absorción de la superficie, refracción y reflexión de las ondas sonoras ligadas a condiciones meteorológicas, absorción del aire, etc.

A cortas distancias d, la ecuación 9 3 ya no es válida, y

162


en la práctica se cumple que hay un decrecimiento del nivel equivalente menor que los 3 dB por duplicación de la distancia.

La figura 9.4 muestra un gráfico del nivel de ruido equivalente en función de la distancia al borde de la calzada, medido en puntos bastante alejados de la superficie del suelo.

Para finalizar, es importante hacer la aclaración de que el espectro del ruido generado por este tipo de fuente, sufrirá grandes modificaciones dependiendo de la altura que haya entre el punto de observación y la superficie del terreno [21.

2 5 3 0 3 5 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 » 0 1 50 2 0 0 2 5 0 3 5 0

D istan cia al borde d e la ca lz a d a [m]

Figura 9. 4: Nivel equivalente de ruido aproximado para una vía rápida (Q=2000 vehículos/h).

b) Vías de circulación urbana

En zonas urbanas, la presencia de edificaciones en los costados de las calles, producen un refuerzo del nivel sonoro producido por los ruidos del tránsito. Esto es debido a las sucesivas reflexiones en las fachadas de los edificios allí presentes.

Suponiendo una calzada uniformemente cubierta de vehículos en circulación, que las fachadas son relativamente planas, con un determinado coeficiente de absorción a, y que las aceras son angostas con respecto al ancho de la calzada, se puede llegar a lo que la figura 9 5 esquematiza. En ella se han graficado las variaciones del nivel sonoro (con compensación “A ”) con respecto a una referencia, en la parte exterior de una fachada, en función de la relación b/l, donde h es la altura del punto de observación y / el ancho de la vía de circulación.

163


1 /4 1 /2 3 /4 1 5 / 4 3 / Í 7 /4 2

Figura 9. 5: Variación del nivel sonoro con la alturapara una calle urbana.

El “0” de referencia está dado por el nivel sonoro que se obtendría a una distancia / de la calzada, sobre la superficie, estando ésta libre de obstáculos.

Puede observarse, que en una calle en “U” (edificaciones en ambos costados), el nivel sonoro es prácticamente independiente de la altura del punto de observación (éstas curvas no se aplican al caso del último piso, ya que los efectos de difracción requieren un análisis más complicado). Por el contrario, en el caso de las calles en “L” (edificaciones en un solo costado), el nivel del ruido disminuye notablemente con la altura (aproximadamente 2 dB por cada duplicación de la altura (válido para 1/4 < h < 2Z).

Para estudiar ruidos de naturaleza estadística, se defínen una serie de niveles como por ejemplo el Zj, Zj0, L 0 y Z9Q. En general, 1 es el nivel sonoro que es alcanzado o superado durante x porciento del tiempo de observación.

Estudios realizados demuestran que existe una relación estrecha entre el nivel medio estadístico Z50 del ruido en las fachadas (para una altura determinada), el tráfico Q y el ancho de la calzada /, dada por:

¿so = 15,5 log Q - 10 log 1 + 3 6 c dB(A) (9.4)

válido para vías de circulación urbanas tipo “U”.Se observa, además, que las variaciones medidas de las

características estadísticas del ruido con la altura, son pequeñas, lo cual se puede constatar en la figura 9-6.164


Figura 9. 6: Variación de los parámatros estadísticos del ruido en función de la altura, para una calle en “U”.

En dicha figura se ha graficado las variaciones del Z 0, L~q, Lj 0 y Lx en función de la altura. Obsérvese que el Zq0 es mayor, en alrededor de 1 dB, en un 5a piso que en planta Daja, mientras que por el contrario, los otros parámetros, disminuyen con la altura. Cabe la aclaración que los niveles en el 5a piso se han comprimido por referencia, lo cual no significa que en ese punto sean iguales. Nótese además, que las variaciones son bastante pequeñas, no excediendo de 3 dB entre planta baja y 5a piso para el Lx y de 1 dB para el I 50.

9.2.3. RUIDO GENERADO POR TRENES

El ruido producido por el pasaje de un tren, proviene principalmente de golpes y vibraciones generados en los rieles y las ruedas en movimiento, y que se producen debido a las imperfecciones de ruedas y rieles, presencia de las juntas de dilatación de las vías y, en general, de todo el sistema de rodamiento que siempre está vinculado directamente a los rieles. Esto es muy diferente a lo que sucede con el ruido de automotores, en donde los neumáticos y la suspensión aíslan al vehículo de la calzada. Debido a todo esto, el ruido proveniente del motor de los trenes sólo es importante en locomotoras Diesel, ya que en los trenes eléctricos, por ejemplo, el ruido del motor es despreciable frente al de rodamiento.

Similarmente al ruido de aviones, el ruido percibido por un observador situado en las cercanías de una vía, por la cual se produce el pasaje de un tren, toma la forma indicada en la figura9.7. En este caso, obviamente, la meseta del nivel sonoro se mantiene durante mucho más tiempo que la del avión, produciendo además, gran cantidad de vibraciones en el terreno circundante.

1 6 5

Nivel

de pr

esión

son

ora

[dB(A)

JAcústica Arquitectónica

100

do

L— — J_______L _ ______■ '________■ - i i ■ l » iO 10 2 0 3 0 4 0 SO 6 0

Tiempo [s]

Figura 9. 7: Variación del nivel de ruido producido por el pasaje de un tren.

El análisis exhaustivo del ruido generado por los trenes, sería muy complejo y escapa a los objetivos de este estudio, pero puede decirse que el nivel depende fundamentalmente de:— forma de sujeción de los rieles;— naturaleza y tipo del material rodante;— velocidad del tren;— longitud del tren;— naturaleza de la superficie circundante;— altura del punto de observación en zonas relativamente

alejadas de la vía;— distancia del punto de observación a la vía.

La figura 9 8 da una idea de los niveles máximos del ruido generado por el pasaje de dos tipos de trenes en función de la distancia axial de la vía

10 1 5 2 0 3 0 4 0 5 0 1C3 150 2 0 0 3 0 0 4 0 0

Figura 9. 8: Ruido producido por el pasaje de trenestancia 1011 eléctricos en función de la distancia axial a la vía.

166


9.2.4. RUIDO GENERADO POR INDUSTRIAS,COMERCIOS Y RESIDENCIAS VECINAS

Este tipo de ruido, incluye señales de las más variadas formas, y su análisis está fuera de los objetivos de este estudio. Sin embargo cabe la aclaración que el ruido generado por una residencia vecina, se incluye en el próximo punto, debido a que es a la vez, un ruido generado en el interior de una vivienda.

9-3. RUIDOS PROVENIENTES DEL INTERIOR

9-3.1. RUIDO GENERADO POR PERSONAS

La potencia sonora media generada por una persona de sexo masculino, hablando con voz normal, con una composición espectral similar a la que muestra la figura 9 9, y compensada según la ley A corresponde a una potencia acústica global de 71 dB. Obviamente, habrá fluctuaciones alrededor de este valor medio que dependen de las sílabas que se estén pronunciando.

Estas fluctuaciones son de aproximadamente +12 dB o-18 dB.

A partir de estos valores, y conociendo las características del local en el cual se está emitiendo dicha potencia sonora, pueden calcularse los niveles sonoros que se producen en dicho recinto.

Figura 9. 9: Nivel de potencia sonora media emitida por un hombre hablando con voz normal.

Puede verificarse que, en un local con un área equivalente de absorción de 10 m2 en todas las frecuencias, el nivel de presión sonora medio es de aproximadamente 67 dB(A) para una conversación normal (nivel que escucha un interlocutor). En rea

1 6 7


lidad, sólo se habla con voz norm al en aquellos lugares en donde el ruido de fondo es despreciable. Si el ruido ambiente es elevado, también se elevarán los niveles de potencia sonora de la conversación, con el consiguiente aumento del nivel de presión sonora. Esta es una consecuencia importante a tener en cuenta, viviendas con niveles sonoros de fondo elevados, se prestan a ser lugares muy ruidosos debido a que se eleva la voz (lo mismo con los aparatos de radio, TV, etc.).

Cuando dentro de un local se aumenta el número de personas, el nivel de presión se mantiene constante siempre y cuando sea sólo una la conversación y se desprecia la absorción sonora adicional de cada persona). Esto no acontece, si en cambio, hay muchas personas reunidas en pequeños grupos (por ejemplo cocktails); en estos casos, hay más de una persona hablando al mismo tiempo y en el mismo recinto, y mientras ellas hablen con voz normal, se verifica que el nivel sonoro aumenta en 3 dB cada vez que se duplica el número de personas. Si en un mismo local, se sigue aumetando el número de personas, se puede apreciar que en cierto momento se deja de cumplir la regla anterior, y el nivel de presión sonora aumenta abruptamente cuando el número de personas alcanza un determinado valor, en la llamada zon a de transición (ver figura 9.10). Esto se debe a que las conversaciones cominzan a interferir unas con otras, y los interlocutores comienzan a hablar con voz forzada. A partir del momento en que todas están forzando sus voces, se cumplen nuevamente los 3 dB por cada duplicación del número de personas.

En la figura 9.10 se esquematiza lo anterior, en un local en donde la zona de transición se ubica entre 80 y 100 personas.

Figura 9. 10: Nivel de presión sonora media global en el transcurso de un “cocktail”.

Hay, dentro de una vivienda, otros ruidos mucho más intensos que la voz forzada de un adulto. El llanto de un bebé, por ejemplo puede producir en una habitación normal de una vivienda, niveles sonoros superiores a los 100 dB sin que el bebé se tenga que forzar demasiado.

1 6 8

Acústico de Viviendas

Otros ruidos producidos por las personas, y muy importantes a tener en cuenta, sobretodo en edificaciones multifamiliares, son los ruidos de impacto, tanto sea por pasos, golpes de herramientas, desplazamientos de muebles, etc.

9.3.2. RUIDO GENERADO POR APARATOS DE RADIO, TV, ETC.

El ruido generado por este tipo de aparatos, depende fuertemente de la programación que se esté realizando (música, palabra, etc.) y pueden hacerse estadísticas de la composición espectral de los niveles de ruido por bandas de frecuencia [1, 2]. La figura 9-11 muestra los niveles de presión sonora obtenidos a aproximadamente 3,5 m de un aparato de TV, operando a un volumen típico.

Se puede decir que una persona otológicamente sana, utilizando un aparato de este tipo, en condiciones silentes (ruido de fondo bajo, tamaño de la sala normal para una vivienda común, etc.), necesita de 60 dB en su sitio para escucharlo claramente. En condiciones desfavorables, se pueden alcanzar los 75 dB (medidos en compensación “A”).

6 3 125 2 5 0 5 0 0 1 00 0 2 0 0 0 4 0 0 0 8 0 0 0

F recu en cia [Hz]

Figura 9. I I: Rango de niveles sonoros de un aparato de TV.

9 3 3. RUIDO GENERADO POR INSTRUMENTOS MUSICALES

Los instrumentos musicales, generan “ruidos” de muy variados niveles y características, dependiendo esto del tipo de instrumento. A título informativo, y en forma general, se puede encontrar que los instrumentos de cuerda o viento, pueden generar niveles sonoros que oscilan entre los 90 y 100 dB en las frecuencias que les son propias (50 a 1.500 Hz). Un piano, por

169


ejemplo, genera niveles sonoros en sus proximidades de alrdedor de 74 dB en un pianissim o y de aproximadamente 86 dB en un fortissim o (valores medios con compensación “A”). Cabe destacar, además, que instrumentos como este último, generan gran cantidad de vibraciones que se transmiten a partir del lugar de apoyo hacia toda la estructura del edificio.

9-3.4. RUIDO GENERADO POR MAQUINAS ELECTRODOMESTICAS

Gran parte de estos electrodomésticos, generan a la vez ruidos aéreos y de impacto, tales como sistemas de calefacción y refrigeración central o individual.

Algunos valores típicos de los niveles sonoros que pueden generar ciertas máquinas electrodomésticas son los que se pueden ver en la tabla 9 1.

Lavarropas (lavado) 60 dB(centrifugado) 75 dB

Aparatos de cocina 75 a(procesadora, lidiadora, etc.) 90 dB

Aspiradora 70 dB

Cortadora de césped eléctrica 70 dB

Heladera 35 dB

Extractor de aire o (alta velocidad) 65 dBPurificador de aire (baja velocidad) 53 dB

Tabla 9.1. Valores indicativos de niveles sonoros generados por distintas máquinas electrodomésticas.

9.3.5. RUIDO GENERADO POR LAS INSTALACIONES

En la mayoría de los casos, este tipo de ruido, al igual que el anterior, se transmite vía aérea y vía sólida, por la estructura del edificio.

Algunos valores que se pueden citar, son los que se muestran en la tabla 9-2.

170


Llenado de bañera 75 dB

Descarga de inodoro 70 dB

Caldera individual 63 dB

Caldera de edificio colectivo 70 dB

Tabla 9.2. Valores indicativos de niveles sonoros generados por algunas instalaciones.

9.4. CONTROL DEL RUIDO

Todo lo que hasta ahora se vio, son las principales fuentes sonoras que producen ruido, en mayor o menor grado, dentro de una vivienda. Se verán ahora algunas técnicas para reducir estos niveles de ruido indeseables.

Se sabe que para que exista ruido (al igual que cualquier sonido), deben existir tres elementos: la fuente generadora de ese ruido, el medio por el cual pueda propagarse y el receptor que lo oye como tal. Sin alguno de ellos, no habría ruido. Si se quisiera disminuir el nivel de ese ruido, se podría actuar sobre cualquiera de los tres elementos. Obviamente, en el caso de viviendas, no tiene sentido accionar sobre el tercero (por ejemplo con protectores auditivos, lo que sí es usado en fábricas). Lo conveniente en todos los casos, es actu ar sobre el prim er elem ento, la fuente generadora, reduciendo en todo lo posible las causas de la generación del ruido (el ruido es la única contaminación ambiental que cesa inmediatamente después de haber eliminado la fuente contaminadora, no dejando ningún efecto residual). Se supone entonces, para continuar con el desarrollo de este punto, que se ha llevado este último control al máximo de lo posible, restando entonces actuar sobre el segundo elemento, el medio de propagación, protegiendo de esta forma a la vivienda de la penetración de ruidos exteriores y de la propagación de ruidos interiores a lugares no deseables de la edificación circundante.

Es muy importante tener en cuenta lo siguiente: si la vivienda ya está construida, muchas variables de control ya han quedado fijas, y sería muy costoso o impráctico modificarlas. Por lo tanto se deberá tener en consideración que en estos casos no habrá muchas soluciones disponibles, o aquellas disponibles pueden no ser muy efectivas en cuanto a control de ruido se refiere. Si en cambio, la vivienda no ha sido construida, o mejor aún, si el sitio no ha sido escogido todavía, entonces habrá muchas soluciones posibles contra todo tipo de ruido, exterior o interior a la futura vivienda. Parece ser obvio el hecho de no adquirir o construir

171


viviendas en las cercanías de aeropuertos, autopistas, etc., pero es sorprendente la cantidad de personas que habitualmente lo hacen y recién después buscan una solución al ruido, cuando quizá no la haya o sea costosísima, impráctica y antiestética. Esta aclaración vale, obviamente, para aquellos casos en que existe la posibilidad de elección, siendo entonces el primer punto a tener en consideración en la parte acústica del diseño arquitectónico.

Por otra parte, y como el lector podrá ir dándose cuenta, muchas disposiciones constructivas en pos de un confort acústico, pueden hermanarse con aquellas que buscan confort térmico. Otras técnicas, además, permiten también el beneficio de reducir costos constructivos (por ejemplo, la construcción de núcleos húmedos). En definitiva: tener en cuenta los problemas acústicos en las viviendas, no siempre equivale a aumentar los costos, pero sí equivale siempre a incrementar, y en gran medida, el nivel de vida de sus ocupantes.

9 4 . 1 . CONTROL DE LOS RUIDOS PROVENIENTES DEL EXTERIOR

9-4.1.1. Disposición urbanística

La primer medida a tener en consideración, es escoger un lugar adecuado para una vivienda. Esto parece obvio, pero no siempre es tenido en cuenta. Tener en cuenta este punto equivale a ahorrar muchísimo dinero en la construcción. Para ello es necesario conocer cuán ruidosa es la zona donde se va a edificar, para saber de esa forma, a qué atenerse.

Urbanísticamente hablando, se pueden establecer diferentes zonas en función de algún parámetro estadístico del nivel de ruido, como por ejemplo el .

El hecho de definir zonas con diferentes niveles estadísticos de ruido, permiten establecer ciertas recomendaciones relativas a la construcción de las viviendas ubicadas en dichas zonas.

Se pueden distinguir entonces:

1) Zonas d e ruidos intensosSon aquellas zonas en las que

Z-5o > 75 dB(A)Generalmente se encuentran en las proximidades de

los aeropuertos, autopistas, calles o avenidas muy transitadas, etc. Es aconsejable no constru ir v iv iendas en estas zonas. Si se construyeran, el aislamiento acústico (expresado a tra

172


vés del número único, Rw), debería cumplir con lo siguiente:

Rw de 47 a 52 dB

Habrá que asegurar el confort ambiental durante todo el año, equipando a la vivienda con sistemas acondicionadores de aire, debido a la imposibilidad de abrir ventanas sin que penetre el ruido.

2) Zonas de ruidos fuertes-.Son aquellas en las que

65 dB(A) < 1,0 < 75 dB(A)

Generalmente se encuentran en las proximidades de las zonas anteriores, o pueden ser zonas fabriles o de alto tránsito automotor. En estas zonas también debería evitarse la construcción de viviendas. El aislamiento tendría que ser:

de 37 a 42 dB

También en este caso deberá asegurarse confort ambiental durante todo el año.

3) Zonas de ruidos m oderados:Son aquellas zonas en las cuales existen ruidos bastante

audibles, aunque no muy molestos. Son zonas de tránsito vehicular moderado. En estos lugares basta con un aislamiento* de fachadas de

R^ de 32 a 37 dB

Los sistemas de acondicionamiento del aire no son indispensables. El problema principal es que estas zonas, en corto tiempo, pueden pasar a ser zonas de ruidos fuertes.

4) Zonas d e bajos ruidos:Son las zonas con niveles de ruidos inferiores a la ante

rior. Lugares residenciales de bajo tránsito, rurales, etc., son óptimos para la construcción de viviendas en cuanto a acústica se refiere, debido a que no son necesarios tratamientos acústicos muy especiales en la construcción.

Se puede obtener mayor información respecto a los valores de R^ para distintos tipos de construcciones y algunos ejemplos constructivos en la referencia 5.

9 4.1.2. Planeamiento edilicio

Un buen planeamiento de las edificaciones a construir, puede contribuir notablemente a la protección de las viviendas frente a los ruidos exteriores. Es, sin duda alguna, la mejor mane

173


ra de proteger a los futuros ocupantes una vez que el sitio fue escogido, admitiendo que en la realidad, las ventanas estarán abiertas en ciertas épocas del año (recuérse que el aislamiento de una fachada disminuye notablemente el abrir las ventanas, como se vio en el punto 9-1.)-

Se analiza, a contiuación, la orientación relativa de los edificios, la altura y el uso de barreras o pantallas.

1) Orientación relativa

Cuando va a construirse un edificio aislado en las proximidades de una fuente sonora tipo lineal, como por ejemplo una ruta, hay dos orientaciones básicas en relación con este tipo de fuente sonora, según se muestra en la figura 9.12. La primera de ellas es ubicar la fachada en forma paralela a la fuente. La segunda, en forma perpendicular. Orientaciones intermedias tendrán características híbridas, es decir, serán casos analizables conociendo las dos orientaciones básicas

Figura 9. 12: Orientación de un edificio en relación con una autovía, a) Paralela b) Perpendicular.

En la orientación paralela (caso a de la figura 9.12), la fachada recibe todo el campo sonoro, pero hace de pantalla para el lado opuesto. Esta orientación es conveniente ya que se dispone de todo un lado para colocar habitaciones que requieren bajos niveles de ruido. La diferencia del nivel de ruido entre ambos lados puede ser de alrededor de 20 dB. Cabe la aclaración, que todo esto es válido si la longitud de la fachada es bastante mayor que la mínima longitud de onda de interés, debido que sólo en esos casos los efectos de difracción o flanqueo son despreciables.

En la orientación perpendicular (caso b de la figura 912), ambas caras quedan expuestas. Cuando se abran las ventanas de las habitaciones, ellas quedarán sin protección alguna.

Cuando va a construirse un conjunto de edificios, también existirán las dos formas básicas, según se muestra en la figura 9.13 (también estarán todas sus variantes intermedias).

b

174


m b

Figura 9. 13: Orientación de un conjunto de edificios en relación a una autovía, a) Paralela, b) Perpendicular.

En la orientación de fachadas paralelas, el nivel en los frentes se ve reforzado por las reflexiones a uno y otro lado de la calle. Por el contrario, los lados opuestos se vuelven más silenciosos debido a que la continuidad de las fachadas actúan como grandes y efectivas pantallas, reduciendo enormemente los efectos de difracción (flanqueos).

En la orientación de fachadas perpendicualres, se evita el refuerzo del nivel sonoro en los frentes, pero ningún lado de la vivienda está realmente protegido. El nivel sonoro se hace más uniforme a lo largo de todas las viviendas.

2) A ltu ra

Cuando se deba construir un conjunto de viviendas en las márgenes de una autovía, es preferible, desde el punto de vista acústico, que la edificación no sea muy alta (tres o cuatro niveles como máximo). Esto es debido al refuerzo sonoro, que como se vio anteriormente, se produce por las sucesivas reflexiones, y que llega, inclusive, a desafectar la absorción proporcionada por la vegetación de la superficie.

3) Barreras o pantallasUna barrera o pantalla acústica es todo objeto o masa

constructiva, que se halle en el camino de transmisión sonora entre la fuente emisora y el receptor, en el caso presente, la vivienda a proteger.

La figura 9.14 muestra el efecto de una barrera, en este caso constituida por un edificio. Este efecto consiste en generar

175


una zona de sombra debido a que se supone que la barrera no transmite ningún sonido, y que es lo suficientemente grande comparada con la longitud de onda del sonido como para que los efectos de difracción sean despreciables. Esto no sucede en la práctica, y por lo tanto se requerirá de un análisis un poco más detallado.

Figura 9. 14: Protección acústica mediante una barrera.

Para realizar un análisis más real, se puede aplicar la teoría de Fresnel-Kirchhoff y entonces llegar a calcular la atenuación sonora de una barrera con cierta exactitud [2] [6]. Se llega a una fórmula algo complicada, que no se dará aquí, y que expresa la atenuación de la barrera en función de sus dimensiones frente a la longitud de onda (se supone longitud de la barrera infinita, altura finita y espesor despreciable).

De esta teoría se extractan algunas conclusiones:— De acuerdo a la posición del receptor, podemos distinguir tres

zonas:1) Zona brillante: la fuente es visible desde el receptor. La onda

difractada puede despreciarse frente a la onda directa, es decir, la barrera no produce efecto de atenuación más que sobre los rayos provenientes de reflexiones.

2) Zona de sombra: existe sólo onda difractada. El sonido no encuentra un camino directo entre fuente y receptor, y sólo llega a éste mediante el efecto de difracción en el borde de la barrera.

3) Zona de transición: coexisten onda directa y difractada. El receptor se encuentra en la zona intermedia a las anteriores.

— Para un observador en la zona de sombra, el campo sonoro

176


difractado aparece como radiado por el borde superior de la barrera.

— Si la distancia desde el receptor al borde de la barrera es pequeña respecto a la que hay desde la barrera a la fuente de ruido, la onda difractada es cilindrica.

— Si es a la inversa, la onda difractada es esférica.La figura 915 muestra la geometría básica de una barrera

de material infinitamente aislante, siendo 5 la fuente y i? el receptor.

Para expresar la relación entre las distancias en juego y la longitud de onda, suele usarse el llamado número de Fresnel (adimensional), designado con N y dado por:

donde A + B es la longitud del camino más corto posible de recorrer entre la fuente y el receptor pasando por el borde de la barrera, d la longitud del segmento rectilíneo que une fuente y receptor y A la longitud de onda del sonido. El signo “+” indica que el receptor está en la zona de sombra; el que este último se encuentra en la zona brillante.

La atenuación sonora de una barrera dependerá del punto en donde se encuenre el receptor. Existe una expresión simplificada de la fórmula de Fresnel-Kirchhoff, corregida por mediciones experimentales, que da la atenuación sonora de una barrera (<<4tt), válida para fuente de ruido puntual. Dicha expresión es la siguiente:

Figura 9. 15: Corte perpendicular de una barrera.

(9.5)

+ 5 dB para N > - 0.2(9.6)

otros casos< IdB177


Los valores de atenuación para fuente puntual resultan entonces:1) Zona brillante (N < - 0,2): atenuación menor de ldB.2) Zona de transición: ( -0 , 2 < N < 0)la atenuación está entre 1

y 5 dB. Conviene reemplazar la tgh por la tg, en (9.6).3) Zona de sombra (N > 0): la atenuación va de 5 dB (para bajas

frecuencias o N próximo a 0) hasta 20 o 24 dB (máximo práctico dado por la experiencia).

Si la fuente sonora es lineal y no puntual, como por ejemplo una autopista, la atenuación de la barrera será algo menor que la calculada con la ecuación 9.6 (ver referencia 161).

Es importante remarcar que, tal como ya se ha explicado, una barrera provee una atenuación que nunca excede los 20 o 24 dB. Por consiguiente, no tiene sentido utilizar para su construcción materiales cuyo aislamiento supere en más de lOdB a los valores mencionados.

Existen barreras con muy poco aislamiento, pero que dan excelentes resultados en cuanto a una reducción notable de la molestia en viviendas. Estas son las barreras de vegetación, las cuales, a pesar de su pobre aislamiento en el caso de algunos árboles de poca espesura, producen un efecto psicológico que contrarresta la molestia auditiva. Los habitantes de viviendas situadas en márgenes de autopistas, por ejemplo, se sienten mucho más protegidos y descansados si en vez de ver automotores circulando ven vegetación, aunque el nivel sonoro sea prácticamente el mismo. Si la vegetación es muy densa o de mucha anchura entonces también se produce una atenuación efectiva del nivel sonoro. La figura 9.16 muestra la atenuación sonora de diferentes tipos

F recu en cia [Hz]

Figura 9. 16: Atenuación de la vegetación.

178


de vegetación por metro de su espesor. La curva superior corresponde a vegetación muy densa, con visibilidad inferior a los 6 ni; la inferior, a una vegetación poco densa (árboles altos, pocas matas, etc.) con visibilidad de 90 m. Entre ambas se encuentran los casos intermedios.

En las figuras 9.17 y 9.18 se muestran algunos ejemplos prácticos de utilización de barreras.

BARRERA ACUSTICA DISIMULADA

X,

n

PROTECCION MEDIANTE EDIFICIOS COMERCIALES

TALUD CON TRATAMIENTO PAISAJISTA

AUTOPISTA EN TRINCHERA

r?> T T

AUTOPISTA EN TRINCHERA CON PANTALLAS ACUSTICAS

W772

Figura 9. 17: Protección acústica de una vivienda mediante distintos tipos de barrera.

179


Figura 9. 18: Edificio protegido por un muro y vegetación.

9-4.1.3 Plano y disposición relativa de las habitaciones

Cuando ya está definida la zona y el lugar de emplazamiento del edificio, así como también su orientación y los demás parámetros que la relacionan con las fuentes exteriores de ruido (altura, barreras, etc.), aparece una tercera consideración en cuanto a protección de los ruidos exteriores se refiere: el plano de obra que define la disposición relativa de las habitaciones, en el caso de que aún no se haya construido el edificio. Si ya está construido, entonces se puede intentar un reordenamiento de las habitaciones existentes.

Debido a que hay ciertas zonas de la vivienda que requieren más silencio que otras, es una buena medida, cuando el ruido proviene de una determinada dirección, ubicar las habitaciones de una manera inteligente. En las fachadas ruidosas pueden colocarse cocinas, baños o inclusive dormitorios de niños o adolescentes, los cuales tienen sueños más pesados que los adultos. Estas habitaciones sirven como pantallas para aquellas que requieren de bajos niveles de ruido. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la eficacia de esta disposición puede verse sensiblemente disminuida por la presencia de alguna edificación que refleje los ruidos exteriores sobre la fachada que normalmente debería estar protegida.

9.4.1.4. Forma constructiva

Es posible lograr aislamientos muy altos de fachadas (de alrededor de 40 a 45 dB) mediante técnicas constructivas de

180

Acústica d e Viviendas

paredes pesadas o dobles, pero requiriendo que las aberturas sean especiales, y que además, estén siempre cerradas. Esto implica, además de una limitación en la estética, costos adicionales, ya que se necesitarán sistemas de ventilación en las habitaciones que se ven aisladas del aire exterior.

Se plantea, en los frentes ruidosos de las viviendas, una solución de compromiso para el arquitecto o ingeniero, entre estética, iluminación natural y aireación, y ruido. Toda fachada que posea grandes ventanales y/o un gran número de aberturas, estará desprotegida, acústicamente hablando, del exterior. Cada ventanal, cada puerta, disminuye el aislamiento de la fachada a menos que aquellas sean especiales. Especiales significa puertas pesadas, macizas, con cierres perfectos mediante burletes; ventanas con vidrios dobles, fijas, sólo desmontables para limpieza, y de tamaños reducidos. En estos casos, existen varias alternativas para la aireación de las habitaciones, pero este es un tema que queda fuera de los alcances de este estudio 121.

9 4.1.5. Ruido enmascarante

En ciertos casos, el ruido proveniente del exterior es muy molesto, pero sin embargo de bajo nivel sonoro. En estos casos, la molestia puede disminuirse superponiendo un ruido enmascarante estacionario. Este método Ija demostrado ser muy efectivo en muchos casos, por ejemplo en el hecho de que un ventilador o acondicionador de aire funcionando durante las horas nocturnas, facilita el sueño debido a que el ruido que él produce, sin ser molesto, enmascara a otros que sí lo son.

Cuando la vivienda cuenta con acondicionador de aire central, pueden usarse las rejillas de los ductos para producir el ruido enmascarante.

Como último recurso, puede generarse electrónicamente ruido blanco o rosa, y enviarlo a las habitaciones deseadas, para que por medio de parlantes ocultos, se genere el campo sonoro enmascarante.

9.4.2. CONTROL DE LOS RUIDOS PROVENIENTES DEL INTERIOR

Se analizará en este punto, las formas posibles de controlar los ruidos que se generan en el interior de las viviendas así como también los modos de proteger a una vivienda de esos ruidos, sean estos generados en el interior de la misma o en el de una vivienda vecina.

181


9.4.2.1. Plano y distribución del equipamiento

A pesar de lo dicho anteriormente, debe saberse que es prácticamente imposible evitar, mediante una reglamentación, la molestia auditiva en una vivienda, producida, por ejemplo, por los ruidos generados en la vecina. Esto es debido a que hay sonidos muy molestos de niveles relativamente bajos, y además, entra en todo este tema una cuestión eminentemente subjetiva. Por ejemplo, la música disfrutada por una persona, puede ser molesta para otra; un televisor a bajo volumen, pero encendido a las 3 de la madrugada puede mantener en vela a un vecino con sueño liviano. En ambos casos, puede suceder que no se considere a tal sonido como “ruido molesto”, debido a que no alcanza los niveles sonoros establecidos por la reglamentación.

Para evitar todos estos problemas es necesario tomar ciertas precauciones, inclusive dentro de una misma vivienda, para que ninguna parte de ella, si es posible, produzca molestia acústica sobre las otras, ni tampoco, obviamente, sobre las viviendas vecinas.

Antes de intentar grandes aislamientos mediante técnicas constructivas especiales (losas flotantes, juntas de dilatación, paredes especiales, etc.), está la posibilidad de intentar, durante la confección de los planos, de agrupar las habitaciones silenciosas (dormitorios) unas cerca de las otras, y de alejar las salas ruidosas (cocinas, salas de estar) de las otras viviendas. Esto debe ser llevado a cabo tanto vertical como horizontalmente. De este modo, el aislamiento acústico entre las salas ruidosas y las silenciosas, puede ser incrementado intercalando entre ellas cuartos intermedios, a modo de tapones acústicos (despensas, cuartos de depósitos, etc.).

De una manera general, se pueden enunciar las siguientes recomendaciones:

Es totalmente desaconsejable:— lindar o apilar la cocina, lavadero o baño de una

vivienda con el dormitorio de una vivienda vecina;— ubicar en un dormitorio o en un estar, las cañerías de

distribución o evacuación de agua;— fijar en el exterior de un dormitorio, pero en una

pared límite de ella, canalizaciones de agua o equipamiento sanitario.

Es desaconsejable:— lindar la cocina y el dormitorio de una misma vivien

da;— colocar un dormitorio junto a un núcleo de escalera;

182


— lindar el estar de una vivienda con el dormitorio de la misma;

— ubicar en el interior de un estar, o contra la pared límite de ella, cañerías o instalaciones sanitarias, a menos que éstas estén sujetas por medio de dispositivos antivibratorios y que la pared tenga una masa superficial de por lo menos 350 kg/m2;

— ubicar inmediatamente sobre una vivienda una caldera, aunque ésta sea de poca potencia.

Es recomendable:— en caso de viviendas múltiples, prever en cada de

partamento, un vestíbulo de entrada cerrado, de tal forma que cada vivienda quede separada de las zonas de circulación en común (palier, corredor) con por lo menos una puerta adicional a la de la entrada;

— ubicar los dormitorios en las fachadas menos ruidosas;

— utilizar al máximo elementos constructivos pesados y juntas de dilatación, para asegurar un aislamiento correcto entre las diversas partes de una vivienda o entre vieindas contiguas.

Por último, es importante tener en consideración los puntos siguientes:

— para lograr un buen aislamiento entre dos piezas de una vivienda (por ejemplo entre el dormitorio de un trabajador de noche y el estar), es necesario separarlas por dos puretas sucesivas al menos;

— para satisfacer la mayoría de las recomendaciones, es ventajoso agrupar las piezas de servicio.

9.4.2.2. Los cerramientos

Luego de la disposición de las habitaciones en el plano de la vivienda, son los cerramientos los últimos escudos contundentes contra la penetración de los ruidos aéreos, y la forma en que ellos están colocados, contra los de impacto.

Considerando la importancia que tiene asegurar una protección adecuada contra estos ruidos, la elección de los muros y pisos de separación entre departamentos o viviendas, debe ser hecha con sumo cuidado.

En los capítulos 6 y 7 se vio cómo conociendo el material con que está compuesta una pared o un piso, se puede determinar su aislamiento. Sin embargo, también se mencionó cómo este aislamiento puede verse seriamente afectado, entre

1 8 3


otras cosas, por la transmisión por flanqueo de los sonidos. Debido a esto, la mayoría de las veces es casi imposible evaluar de antemano, el aislamiento que existirá en la práctica, puesto que se requeriría de modelos matemáticos demasiado complejos. Es en estos casos más útil usar ciertos modelos que ya hayan sido experimentados, y que hayan dado resultados satisfactorios en cuanto a aislamiento acústico se refiere. Algunos de ellos se describen a continuación.

a) Muros simples

Se entiende por muro simple a aquel donde las partes constitutivas están rígidamente unidas unas con otras. Por ejemplo muros de ladrillos (macizos o huecos), de yeso (macizo o alveolado), de hormigón con agregados livianos o pesados, etc.

La experiencia muestra que si son homogéneos (heterogeneidades despreciables frente a la longitud de onda del sonido dentro del material), los muros simples de masa igual o superior a los 350 kg/m2, permiten obtener aislamientos adecuados. Además se debe cumplir que:— sean estancos, y en particular, que no contengan uno o más orificios que los atraviesen de lado a lado. Un revoque de yeso o de mezcla de albañilería de 1,5 cm es suficiente para asegurar una buena estanqueidad, al igual que si el material es excesivamente poroso, tal como un hormigón con agregados livianos (escoria o arcilla expandida, por ejemplo);— las uniones con las otras paredes laterales sean estancas. Esto se cumple siempre en el caso de muros enteramente de albañilería. Por el contrario, en el caso de paredes prefabricadas, la estanqueidad puede dejar mucho que desear. En estos casos se deberá preveer algún dispositivo o material que asegure la estanqueidad teniendo en cuenta las dilataciones térmicas de los materiales.

La regla de los 350 kg/m2 no debe tomarse en forma estricta. Pueden obtenerse, en casos favorables, aislamientos adecuados con menos masa. Pero considerando la dificultad de previsiones exactas, debido a la complejidad de los fenómenos involucrados, es aconsejable para el arquitecto ser prudente y utilizar la masa más elevada que se pueda.

Como ejemplo de paredes con buen comportamiento se puede mencionar una de ladrillos macizos de 20 cm de espesor con revoque de ambos lados, de hormigón de 16 cm o de hormigón de 14 cm con revoque de 1,5 cm de cada lado.

Cuando el material es heterogéneo, se debe elevar la masa a 400 kg/m2. Los espesores de utilización en estos casos son tales que en general esta solución no es la adecuada.

La separación mediante un muro simple homogéneo, ha sido la solución más frecuentemente utilizada durante años. Ella se184

Acústica d e Viviendas

adapta particularmente bien en edificios colectivos, donde se repite un plano en todos los niveles. En estas condiciones, se puede asegurar que el aislamiento acústico entre viviendas linderas no cuesta prácticamente nada proyectarlo, y el aumento del costo que implica el aumento de las masas de las paredes no es excesivamente grande. Además, el aislamiento a lograr no dependerá del azar en la puesta en obra, puesto a que no es necesaria mano de obra especializada, y cualquier albañil sabe hacer un muro simple.

En contrapartida, este tipo de muros presentan el inconveniente de tener pesos muy elevados como para utilizarse con estructuras livianas (metálicas, por ejemplo). Además no son lo ideal en casos en que las particiones no son las mismas en cada nivel, casos en los cuales puede haber riesgo de sobrecarga de losas.

Es necesario entonces tener mucho cuidado de creer que se puedan obtener grandes aislamientos con muros simples de masa netamente inferior a los 350 kg/m2. La experiencia muestra que, en el dominio de las paredes simples, hasta el momento no existen milagros: la naturaleza del material importa poco, y la masa es esencial.

b) Muros compuestos

En aquellos casos en los que por cuestiones de sobrecargas de losas o pisos, es necesario utilizar paredes con masas netamente inferiores a los 350 kg/m2, es posible usar, en reemplazo de los muros simples, muros compuestos, pero teniendo ciertas precauciones como las que se verán a continuación, las cuales son complementarias de las que ya se han dado en el capítulo 6.

Este tipo de paredes es también utilizado cuando existen cortes de la construcción (juntas de dilatación), entre cuyos lados deba colocarse un elemento separativo.

Muros de a lbañ ilería con agregado de un tabique. Se deben cumplir los siguients requisitos:— la parte pesada debe tener al menos 10 cm de espesor y una masa de al menos 150 kg/m2;— la distancia entre las caras interiores de ambos elementos debe ser al menos igual a:

j r i 100 (9-6)a [cm\ = ----------------------- ?-------- rrmasa del tabique I kg / m2 \

— el espacio entre ambos elementos debe estar provisto de material absorbente, no susceptible de crear una posible vinculacón

185


rígida entre dichos elementos (esto no es indispensable si uno de los elementos es absorbente);— el tabique debe presentar un bajo factor de irradiación (frecuencias críticas elevadas), como por ejemplo paneles de madera, yeso acartonado, etcétera. Si no lo es (bloques de yeso, ladrillos, etc.) debe ser descartada esta solución, salvo en los casos en que haya cortes totales en las paredes laterales;— en caso de ausencia de cortes en las paredes laterales, éstas deben tener una masa de al menos 350 kg/m2, de lo contrario, ellas deberán estar dobladas con tabiques de escasa irradiación en al menos uno de los locales. En el caso de que exista un corte total de la parte de albañilería, estas condiciones no son necesarias.

En la figura 9-19 se muestran algunos tipos constructivos con comportamientos satisfactorios.

Tabiques dobles. Es posible obtener grandes aislamientos (incluso muy superiores al de los muros simples de masa 350 kg/m2 mediante el uso de tabiques dobles, a pesar de sus muy bajos valores de masa superficial. Sin embargo, este tipo de construcción es muy sensible a ciertos detalles que pueden llevar a anular prácticamente, el efecto de aislamiento deseado. Por consiguiente se debe tener sumo cuidado con:— las transmisiones indirectas por las paredes laterales, que ahora no están bloqueadas por la pared separadora. Esta dificultad desaparece si las paredes laterales están acopladas elásticamente o si están dobladas con tabiques de bajo factor de irradiación;— la delicada puesta en obra, puesto que se debe asegurar la total ausencia de vinculación rígida de los dos elementos, y una estanqueidad perfecta sobre todos los contornos.

La figura 9 20 muestra ejemplos de este tipo de construcción.

La práctica muestra que estas dificultades pueden ser superadas, que es posible obtener muy grandes aislamientos y que este tipo de construcción, es el único que puede ser utilizado en casos de construcciones muy livianas. Sin embargo, para obtener éxito en tal empresa, es necesaria la participación de un especialista en acústica.

Las principales consideraciones a tener en cuenta son:— utilización de materiales con frecuencias críticas elevadas (bajo factor de irradiación);— distancia entre tabiques al menos igual a:

d [cm] = --------------------(9 7)masa del tabique kg / m¿

186


— espacio entre tabiques rellenos de material absorbente, con un espesor de al menos 4 cm, no susceptible de crear vinculaciones rígidas;

(E sta so luc ión s s v á lid a s i e l m on ta je se hace con una ju n ta d e d ila ta c ió n . T iene e l in con ve n ien te de aum en tar no tab lem en te la tra nsm is ió n d e i so n id o e n tre lo ca le s su pe rp ue s tos)

Figura 9. 19; Ejemplos de paredes dobladas con tabiques.

187


Pím ín i^onwrsdot m aM sup*rfloi«l: 58 kg/m2

m asa «uperf tolal: 42 kg/m2farnii m h M n l

oon ruido da abajas

m asa suparfioial: 45 kg/m2

Figura 9. 20: Ejemplo de tabiques dobles.

— desacoplamiento mecánico elevado de los elementos, entre ellos y en sus contornos;— cortes para reducir adecuadamente las transmisiones indirectas, tanto por vía sólida como por vía aérea.

La puesta en obra debe llevarse a cabo por personal especializado, y por lo tanto los costos de ejecución son elevados.

Muros dobles. Esta solución, la cual ya fue explicada en el capítulo 6, es la generalmente utilizada cuando se quiere asegurar, sin altos riesgos en la construcción, un fuerte aislamiento acústico. Es el tipo constructivo recomendado cuando se quieren aislar dos casas particulares. Es muy efectivo cuando cada muro se encuentra en una estructura independiente. De lo contrario, y como se ha dicho antes, el aislamiento puede llegar a ser el mismo que el de un muro simple de ancho igual a la suma de las paredes.

c) Muros y tabiques internos

Si bien no existe reglamentación para el aislamiento acústico entre las diferentes particiones de una vivienda, es importante que ciertas habitaciones no interfieran a otras mediante el ruido que ellas generan. Como regla general puede enunciarse la siguiente:

188

A cú stica de Viviendas

— utilizar, para el estar y la cocina, muros del tipo de los que se usan para separar un departamento del otro;— utilizar, para las habitaciones, paredes con aislamientos de alrededor de 40 dB a frecuencias medias. Esto implica, para muros simples, una masa superficial mínima de 100 kg/m2.

d) Pisos

Los pisos deben asegurar la intimidad acústica entre locales superpuestos, tanto en lo que concierne a los ruidos aéreos como a los de impacto. Es importante tener en cuenta que salvo el caso de losa flotante o pisos de madera sobre alfajías flotantes, el revestimiento no modifica prácticamente nada el aislamiento a los ruidos aéreos, más que por la masa que él le agrega.

Los tipos de pisos más comúnmente utilizados son:Pisos simples. Entran en este grupo, al igual que en el caso de muros simples, todos aquellos en los cuales sus partes constitutivas están rígidamente vinculadas entre sí: losas llenas, losas de viguetas, etc.

En cuanto a protección a los ruidos aéreos, los pisos homogéneos, de espesor constante y de masa al menos igual a 350 kg/m2 premiten asegurar un aislamiento satisfactorio entre locales superpuestos. Este es el caso de una losa llena de 16 cm de espesor. Las consideraciones hechas en muros, relativas a agujeros, estanqueidad, importancia de paredes láterales, etc., siguen valiendo en estos casos. En el caso de materiales heterogéneos (losa de viguetas y ladrillos huecos), el aislamiento a los ruidos aéreos es menor (en alrededor de 5 a 10 dB) que una losa homogénea de igual masa superficial. Si la masa es inferior a los valores indicados, pero de al menos 220 kg/cm2, es posible obtener buenos aislamientos a los ruidos aéreos mediante la utilización de una losa flotante o madera sobre listones flotantes.

El aislamiento a los ruidos de impacto, dependerá del revestimiento colocado, según se explicitó en el capítulo 7. Hay tablas que indican la eficacia de distintos revestimientos, para distintos materiales [2].Pisos compuestos. Se ha visto que si a una pared medianamente pesada, se le agrega un tabique ligero, con frecuencia crítica elevada, a una cierta distancia, se puede acrecentar en gran medida el aislamiento. Lo mismo acontece con los pisos, en este caso, el “tabique” podría estar conformado por un piso de madera sobre alfajías flotantes (figura 9.21) o por un falso cielorraso, como se vio en el capítulo 7. La losa flotante, a pesar de no ser liviana ni tener un bajo factor de radiación, puede acrecentar en gran medida el aislamiento a los ruidos aéreos, y es una excelente solución para aislar los ruidos de impacto.

189


p arqu e t 2 ,3 cm

m a te ria l a bso rb en te

Figura 9. 21: Piso compuesto, de madera sobre alfajías flotantes y losa.

Cuando el doblado de un piso está bien hecho (buen desacoplamiento entre parte pesada y liviana, parte liviana con b a jo índice de radiación, rellenado de la capa de aire con material fonoabsorbente), la transmisión del sonido entre dos locales superpuestos ge produce fundamentalmente por los cerramientos laterales. Es por lo tanto indispensable que estas paredes sean bien pesadas (350 a 400 kg/m2) si es que se quieren lograr aislamientos adecuados.

El agregado de revestimiento de madera (parquet o tarugada) sobre alfajías flotantes no implica demasiadas dificultades. Los listones deben estar simplemente apoyados sobre un material elástico. El espacio entre listones debe estar provisto de algún material fonoabsorbente (lana mineral, de vidrio, etc.).

La utilización de un plafón liviano como cielorraso suspendido es apta siempre y cuando sea estanco. Un plafón compuesto por paneles acústicos perforados no sirve. El yeso en sus diferentes variantes y los paneles acústicos no perforados, son aptos para este tipo de construcción.

Piso flotante. El piso flotante es muy efectivo tanto para el aislamiento a los ruidos aéreos, como para los de impacto. Este tipo de construcción ya fue descripto en el capítulo 7, y por lo tanto no se volverá a tratar aquí. Sin embargo, cabe la aclaración de que este tipo de construcción, necesita sumo cuidado en su puesta en obra, debido a que se debe asegurar no sólo la carencia de vinculación rígida de la parte flotante con respecto a la estructura, sino que también se debe asegurar una buena resistencia a los esfuerzos mecánicos a que ella esté sometida. Hay muchas consideraciones a tener en cuenta: propiedades de la losa soporte (desniveles, cañerías), tendido de la capa aislante (juntas, carac190


terísticas), juntas con las paredes (zócalos, revoque), casos de artefactos sanitarios (inodoro, bañera), etc. Debido a las diversas variantes y métodos constructivos posibles, estas consideraciones quedan fuera de este estudio Í2l.

9.4.2.3. Las aberturas

Aunque las superficies implicadas son relativamente pequeñas comparadas con las de los muros y pisos, estos son los puntos más débiles del aislamiento entre locales, y sobre todo, entre partes privadas y de circulación común (escaleras, corredores, etc.). Esto resulta del hecho de que el aislamiento usual dado por las puertas comunes está en el orden de los 15 a 25 dB, o aún menos. Este deficiente aislamiento está ligado a la constitución de las placas que la conforman y a la falta de estanqueidad en sus contornos cuando está cerrada.

Debido a que las puertas comunes están constituidas por un solo elemento o por varios pero rígidamente unidos entre sí, ellas se comportan como un muro simple, y la experiencia demuestra que el índice de reducción acústica R no depende prácticamente de la frecuencia para la banda usual. Este índice depende solamente de la masa superficial de la puerta. La figura 9.22 muestra esta dependencia.

151------------- — i— -------------------— >—J_1-----------10 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 70

masa superficial (Kg/m*J

Figura 9. 22: Indice R de una puerta simple e n función de la masa superficial.

Pueden obtenerse índices mayores, en alrededor de 10 o 15 dB, utilizando para la construcción de la puerta, dos elementos independientes entre sí, separados por una capa de aire rellena de material fonoabsorbente. De esta forma, se puede lograr que el sistema resuene en una frecuencia baja, y si bien en esta frecuencia habrá un empeoramiento del aislamiento, en las frecuencias superiores habrá una mejora. La clave está en ubicar la frecuencia de resonancia en una frecuencia lo suficientemente baja.

191


De todos modos, es de fundamental importancia que el cierre de la puerta sea estanco si es que se quieren lograr grandes aislamientos. Se han visto ya en el capítulo 6, la colocación de burletes selladores para el contorno de las puertas.

9.4.2.4. Absorción sonora

Como última consideración dentro de este estudio, cabe destacar que es muy importante la absorción sonora dentro de una vivienda cuando ésta es utilizada inteligentemente. Alfombras, cortinados, e incluso los muebles, modifican en gran medida el campo sonoro dentro y en menor medida, fuera de una vivienda, y por lo tanto deben ser tenidos en cuenta. Si bien este ítem está más cerca de la decoración que de la arquitectura propiamente dicha, no se aleja en lo más mínimo de la acústica, ya que, como se dijo anteriormente, uno de los criterios a aplicar en una vivienda era el de lograr una buena comunicación oral y un confort acústico adecuado en todos y cada uno de los lugares de ella.

Hay, además de la reglamentación, el plano y la distribución del equipamiento, los cerramientos, las aberturas y la absorción sonora, muchos otros puntos a tener en cuenta para la protección de una vivienda a los ruidos interiores. Entre otros se pueden mencionar-, la instalación de los sanitarios, los equipos de cocina, electrodomésticos, instalaciones de calderas, sistemas de calefacción, refrigeración y/o ventilación, etc. El análisis de estos ítems escapa al contenido de este estudio [1] [2].

9 .5 . REFERENCIAS

fl] L. L. Beranek, N o ise R é d u c t io n , McGraw-Hill, I960.[2] R. Jossse, N o tio n s d A c o u s t iq u e , 3a edición, 1977, Editions

Eyrolles.[31 S. Au zou, C. Lamure, L es n i v e a u x d u b r u it a u v o is in a g e d e s

a u to ro u te s d é g a g é e s , Cahiers du C.S.T.B., N® 599, Die. 1964.[4] S. Anzou, C. Lamure, L e b ru it a u x a b o rd s d e s a u to ro u tes , Cahiers

du C.S.TB., Ne 669, Feb. 1966.[51 Norma IRAM 4044, P ro te c c ió n c o n t r a e l r u id o e n e d ific io s ,

A is la m ie n t o a c ú s t ic o m ín im o d e ta b iq u e s y m u ro s , 1985.[6] L. L. Beranek, N o ise a n d V ib ra tio n C o n tro l, McGraw-Hill, 1988.[7] Maekawa, Zyun-iti, A c o u s t ic C o n tro l O u td o o rs , Seminario La

tinoamericano de Acústica, Córdoba, 1982.

192

10.1. INTRODUCCION

Las grandes salas, destinadas para la ejecución de música, de obras de teatro o para el dictado de conferencias, nacieron como una derivación necesaria de los anfiteatros a cielo abierto. Es conocido que los antiguos griegos y romanos construían anfiteatros, que tenían como finalidad congregar grandes cantidades de personas para la ejecución de determinados eventos.

Una construcción como la mencionada, adolece de numerosos defectos. No permite aislarse de las inclemencias del tiempo (frío, lluvia, viento, etc.); no presenta ningún tipo de aislamiento contra los ruidos externos (ruido de tránsito, aviones, etc.); no proporciona un nivel sonoro suficientemente alto, a excepción de que se utilice algún sistema de refuerzo electrónico. En la figura 10.1. se ejemplifica lo mencionado; en la parte a, se muestra el caso en que las gradas no tienen pendiente, lo cual, además de dificultar la visión, produce un decaimiento muy rápido del nivel sonoro con la distancia (debido a la pérdida de energía que se produce en el roce con las personas); en la parte b, se han dispuesto las gradas con un perfil determinado, lo que elimina el problema de la visión y mejora el del nivel sonoro. La pendiente óptima, tanto desde el punto de vista de la acústica como del de la visión, es la que permite que dos rayos consecutivos subtiendan ángulos constantes (ver figura 10.2b). La curva así descripta por las gradas es una espiral logarítmica. La distancia vertical el medida desde un rayo hasta el final del precedente, debe ser de al menos 10 cm.

Ahora bien, si a la construcción de la figura 10.1 b, se la recubriera con una carcaza construida con paredes gruesas, como

1 9 3


, ----------------- ---------- 116 2Unidades arbitrarias de sonoridad

Figura 10. I: a, anfiteatro sin pendiente en las gradas;b, anfiteatro con p end iente en las gradas.

Figura 10. 2; Perfil de las gradasa: incorrecto; b: correcto.

muestra la figura 10.3, se tendrían solucionados los problemas vinculados con las inclemencias del tiempo y con los ruidos exteriores. Se debe agregar material absorbente en el interior para evitar reflexiones del sonido.194

Acústica de Salas

Unidades arbitrarias de sonoridad

Figura 10. 3: Solución a los problemas de las inclemencias del tiempo y los ruidos externos.

Se verá a continuación, cuáles son los criterios más adecuados para la construcción de esta carcaza y, entre otras cosas, que no es conveniente la absorción total en el interior, sino que puede aprovecharse la reverberación para mejorar las características acústicas.

10.2. CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO

10.2.1. FORMA DE LA SALA

Con mayores o menores modificaciones, la forma de la planta de las salas responde a tres geometrías básicas: rectangular. abanico y herradura. Estas se esquematizan en la figura 10.4.

Rectangular

Figura 10. 4: Forma de la planta de las salas.

195


a) Rectangular: es una de las formas preferidas, aunque se dehe ser cuidadoso en el disepo interior para evitar defectos corno el eco “flutter" (ver 10.2.6), Estudios hechos sobre gran cantidad de salas, demuestran que las mejores salas para música sinfónica construidas en el siglo XIX, responden a esta geometría.

h) Abanico: con esta geometría se logra una menor distancia entre el escenario y la audiencia, para igual número de espectadores. Esto mejora la visibilidad y la audición. Pueden aparecer problemas por reflexiones en la pared posterior (focalizaciones), por lo que debe cuidarse su tratamiento.c) Herradura: es la forma tradicional para salas de ópera. Ejemplos de estas salas son: la Scala de Milán (2.289 asientos), la Opera d e París (2.131 asientos) y el Teatro Colón de Buenos Aires (2.487 asientos). Debido a su diseño, con palcos y galerías, permiten ubicar muchos espectadores en un espacio relativamente reducido, aunque la visión puede no resultar muy buena desde todos los puntos. Son salas que por su diseño, resultan generalmente muy absorbentes.

Si bien estas son las formas básicas, debe asegurarse que los perfiles de las paredes y cielorrasos, cumplan con una serie de parámetros que se verán más adelante, y que son los que contribuyen al correcto funcionamiento de la sala desde el punto de vista de su acústica. En la figura 10.5, se muestran cortes de salas, en los que puede verse el estudio de los perfiles óptimos mediante el trazado de rayos (acústica geométrica).

Figura 10. 5: Estudio de los perfiles óptimos mediante acústica geométrica (nótese el uso de “nubes” sobre el escenario).

10.2.2. TIEMPO DE REVERBERACION

Una de las características más importantes de una sala es su tiempo de reverberación. Es éste una consecuencia directa de la existencia de un recinto cerrado, siendo un fenómeno196

Acústica de Salas

inexistente en los anfiteatros (los griegos solían colocar vasijas de diferentes tamaños en sus anfiteatros, de forma de aumentar el tiempo de permanencia del sonido en el aire). El que el sonido no se extinga inmediatamente, produce una sensación agradable en el caso de la música, pero es contraproducente en el caso de la palabra, ya que causa pérdida de la inteligibilidad, al superponerse las sílabas pronunciadas.

Los tiempos de reverberación óptimos para cada sala dependen de varios factores. Uno de ellos es el volumen de la sala; en la figura 10.6 se dan los tiempos de reverberación óptimos para 500 Hz y con la sala totalmente ocupada. Puede verse que el tiempo debe aumentar a medida que aumenta el volumen. Esto se hace a los efectos de no perder sonoridad.

Otro factor es el tipo de aplicación a la que la sala está destinada. Por problemas de inteligibilidad, el tiempo de reverberación debe ser bajo para salas destinadas al mensaje hablado, y por cuestiones de “adecuación histórica” debe ser diferente para cada tipo de música. En los diferentes períodos de la historia, las salas en que se ejecutaba la música fueron cambiando; por ejemplo la música sacra del período barroco se ejecutaba en catedrales, donde los tiempos de reverberación eran muy altos, y los compositores tenían en cuenta este efecto en la composición de sus obras. Ejecutarlas en ambientes con baja reverberación, quita realismo y cambia su carácter original. En la figura 10.6, también se muestran los tiempos de reverberación óptimos para los distintos tipos de aplicación de la sala.

Figura 10. 6: Dependencia del tiempo de reverberación con el volumen y el tipo de aplicación de la sala (a 500 Hz y con la sala llena).

1 9 7


Otro factor es la frecuencia del sonido. Los tiempos de reverberación para las frecuencias superiores a los 500 Hz deben permanecer constantes. En cambio, para las inferiores a este valor, deben ir en aumento (50% más a 125 Hz). Esto debe ser así, debido a que el oído es más sordo para estas frecuencias y, por lo tanto, deja de percibirlas más rápido. Una sala con el mismo tiempo de reverberación para todas las frecuencias, tiene un sonido que tiende hacia el agudo (en términos musicales se torna “brillante”, en contraste con un sonido balanceado o "cálido”). En la figura 10.7 se muestra lo dicho.

Existen casos en que por diversos factores, el decaimiento del nivel sonoro no sigue exactamente una ley lineal, sino que presenta dos o más pendientes, como se ve en la figura 10.8. Recientes investigaciones, han comprobado que en estos casos la “sensación subjetiva de reverberación” depende de la extrapolación del decaimiento que ocurre en los primeros instantes. Se introdujo así el llamado “tiempo de reverberación temprano”, definido como el tiempo que tarda el sonido en decaer los primeros 10 dB, multiplicado por 6.

too 2 0 0 3 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 lOOO 2 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 0 10/300

Frecuencia [Hz]

Figura 10. 7: Dependencia del tiempo de reverberación con la frecuencia.

198F ig u ra 10. 8 : D e c a im ie n t o c o n m ú ltip le s p e n d ie n te s .

Acústica de Salas

10.2.3. SONORIDAD

El hecho de disponer de un campo reverberante, permite obtener un nivel sonoro mayor, a una distancia grande de la fuente, que el que se tendría en condiciones de campo libre.

Existe desde ya un compromiso entre esta condición y el tiempo de reverberación, ya que si se baja la absorción con el fin de aumentar la sonoridad, aumentan los tiempos de reveberación. Cuando el nivel sonoro resultante no es el suficiente, para un tiempo de reverberación dado, debe recurrirse a sistemas de auxilio electrónico (micrófonos, amplificadores y parlantes) para obtener un refuerzo del nivel sonoro, sin perjuicio de los tiempos de reverberación (más adelante se verá este tema un poco más en detalle).

En salas destinadas a las ejecución de música, el nivel sonoro buscado no debe ser ni muy alto ni muy bajo. El primer caso produciría molestias auditivas en los pasajes fuertes, y el segundo no permitiría escuchar los pasajes suaves (quedarían enmascarados por el ruido de fondo). En la figura 10.9 se da una idea de lo dicho.

En salas destinadas al mensaje hablado, el nivel sonoro debe ser aquel que permita obtener una buena intelegibilidad.

£«cala de nivel sonoro Relación de potencia sonora Rango dinámico Relaci6n enlre e) cambio

10.2.4. DIFUSION

Este parámetro está emparentado con el de uniformidad, ya que una buena difusión asegura uniformidad (la relación inversa no es válida). Se refiere a la dirección de arribo de la energía del campo reverberante a los oídos del espectador, energía que debe ser aproximadamente la misma desde todas las

199


direcciones. Se logra mediante el empleo de superficies irregulares cjue rompen la homogeneidad de los frentes de onda, produciendo reflexiones no especulares. Arañas, estatuas, adornos o demás obstáculos que encuentre el sonido a su paso sirven para este propósito.

Existen superficies especialmente diseñadas para este fin, llamadas “difusores”; una forma posible se esquematiza en la figura 10.10. Se pueden ubicar tanto dentro del escenario, como en las paredes y techos de la sala. Es de notar que para que un objeto difunda correctamente las ondas sonoras, sus dimensiones deben ser del orden o mayores que la longitud de onda del sonido que se desea difundir.

Figura 10. 10: Superficie difusora del sonido.

10.2.5. UNIFORMIDAD

El nivel sonoro debe ser lo más uniforme posible a lo largo de la sala; es decir que se debe escuchar a un nivel similar, cualquiera sea la ubicación. Esta característica depende de la forma de la sala y, principalmente, de la elección de los perfiles de paredes y techo. Deben evitarse superficies cóncavas, que producen efectos de focalización del sonido, con un aumento apreciable del nivel sonoro si se produce una interferencia constructiva, o una disminución importante, si la interferencia es destructiva (ver figura 10.11). Por otro lado, pantallas reflectoras ubicadas sobre el escenario (“nubes”) ayudan a dirigir las reflexiones hacia los espectadores (ver figura 10.5).

200

Acústica de Salas

Figura 10. í 1: Fenómenos de focaiización del sonido.

10.2.6. TIEMPO DE ARRIBO DE LA PRIMERA REFLEXION

Es quizá, juntamente con el tiempo de reverberación, uno de los parámetros más importantes de las salas. La diferencia de tiempo existente entre al arribo de la onda directa y la primera reflexión, a los oídos del espectador, es la responsable de la impresión subjetiva del tamaño de la sala en la que se encuentra ubicado. Suele referirse a este atributo como "presencia” o “intimidad”. En la figura 10.12, se gráfica este concepto.

En esta figura puede verse que luego de la primera reflexión, deben llegar las restantes, uniformemente distribuidas una detrás de la otra. Puede suceder que esto no ocurra así, es decir, que la diferencia entre la segunda y la tercera sea diferente que entre la tercera y la cuarta e incluso que sean más sonoras las últimas que las primeras, A esta particularidad del diagrama de

201


reflexiones se la llama “textura”. Si existiese alguna reflexión particularmente fuerte y aislada, esta será escuchada como un “eco”; esta situación debe ser eliminada, ya que produce un efecto desagradable. Los ecos pueden producirse por paredes alejadas o techos demasiados altos, con superficies cóncavas que focalizan las reflexiones. Superficies paralelas con bajos coeficientes de absorción, dan lugar al denominado “eco flutter”, que se pone de manifiesto, cuando se excita a la sala con un impulso (por ejemplo un aplauso), como una sucesión muy rápida de ecos.

Sonidodirecto

Tiempo de arribo de la primera reflexión

Figura 10. 12: Tiempo de arribo de la primera reflexión.

En general, para tener una buena sensación de intimidad, el tiempo de arribo de la primera reflexión debe ser inferior a las 25 milésimas de segundo.

Son particularmente importantes, para la sensación de intimidad, las reflexiones que ocurren en las paredes laterales. Con el fin de cuantificarlas se determina la “fracción de energía temprana lateral” (5), que relaciona la energía que proviene desde los costados con la que viene desde otros caminos, y el “grado de correlación interaural” ( IACQ , que cuantifica la coherencia

202

Acústica de Salas

existente entre las señales que arriban a ambos oídos (es conveniente que estas señales sean diferentes, es decir que tengan baja coherencia). Matemáticamente:

s - E a ' 80)ms (10.1)E - E a (0 _ 80)ms

donde E es la energía total que arriba a un determinado punto y Ea es la energía que arriba, a este punto, con un ángulo de incidencia a. Como subíndice figuran los intervalos de tiempo en que se realiza la integración. Prácticamente, la Ea se obtiene utilizando un micrófono direccional de los llamados “figura de 8”, mientras que la E se obtiene utilizando un micrófono omnidireccional.

El índice de correlación interaural, está aproximadamente relacionado con la fracción de energía temprana lateral, a través de la siguiente expresión.-

IACC = — -— (10'2)1 + S

10.2.7. RELACION ENTRE LA ENERGIA DE LA ONDA DIRECTA Y LA ENERGIA DEL CAMPO REVERBERANTE

Esta relación es la que confiere a la sala mayor o menor “claridad” o “definición”. Un campo reverberante muy sonoro con respecto al rayo directo, produce una pérdida de la inteligibilidad. Este parámetro está, desde ya, relacionado con el tiempo de reverberación y con la geometría de la sala.

Para cuantificar este concepto se calculan ios índices¿ko y d 5o como:

Cm = 10 lo g [d B ](80 - o°)ms

D50 = -5 ° - 50)™- 1 00 [% ]¿ ( 0 - oo)ms

dónde E es la energía que arriba a los oídos del espectador en el intervalo de tiempo indicado como subíndice.

Distintos tipos de aplicaciones, requieren valores diferentes de estos parámetros. Para dar una idea, las buenas salas de concierto tienen un valor de C80 que varía entre - 5 y +5 dB.

El D50 se utiliza más en salas destinadas al mensaje hablado. Una buena inteligibilidad se obtiene con valores comprendidos entre 40 y 80%.

(10.3)

(10.4)

203


10.2.8. ACUSTICA DEL ESCENARIO

Dentro de lo posible, el escenario debe proyectar el sonido hacia la sala. Debe además, “mezclar” y “balancear" los sonidos emitidos por los distintos instrumentos, de forma de que los ejecutantes puedan oírse unos a otros para afinar y sincronizarse. Estas características se logran utilizando construcciones geométricas especiales que rodean a la orquesta, denominadas “campanas acústicas”. En la figura 10.13 se esquematiza este concepto.

Figura 10. 13: Acústica del escenario.

10.2.9. RUIDOS DE FONDO

Debe tenerse particular cuidado de que no existan ruidos extraños dentro de la sala. Estos pueden deberse, tanto a ruidos exteriores (autos, aviones, etc.), como a ruidos interiores propios del mismo edificio (sistema de ventilación, pasillos, halles, ascensores, salas de ensayo, etc.). Con respecto a los primeros, se debe estudiar el lugar de emplazamiento de la sala (eva

204

Acústica d e Salas

luando los ruidos existentes en la actualidad y los ruidos posibles en el futuro), siendo conveniente construirla en el centro del edificio, rodeada de otros locales. Con respecto a los segundos, se debe estudiar un correcto diseño del interior del edificio, aplicando todos los conceptos de control del ruido.

Para evaluar el nivel de ruido de fondo aceptable, se debe hacer uso de las curvas NR ya vistas. Ruidos que excedan el valor allí recomendado, pueden echar por tierra un hermoso diseño arquitectónico.

10.3. REFUERZOS SONOROS

Mediante el uso de amplificadores electrónicos, micrófonos, parlantes y algunos equipos especiales, es posible corregir defe^os de salas ya construidas, así como lograr condiciones de sonoridad que serían imposibles de lograr con los medios clásicos.

Se pueden diferenciar dos clases de refuerzo sonoro en salas. Uno se refiere al refuerzo de la onda directa, que permite obtener una mayor sonoridad (se utiliza, por ejemplo, para aumentar la inteligibilidad de un auditorio cuando el ruido de fondo es muy alto). El otro, se aplica al campo reverberante, y tiene como finalidad poder variar el tiempo de reverberación de una sala, con el fin de ajustarla para distintos tipos de programa (salas multipropósito) o corregir errores de diseño.

10.3.1. REFUERZO SONORO DE LA ONDA DIRECTA

La necesidad de aumentar la intensidad de la onda directa se debe generalmente a los siguientes factores:

a) hay mucho ruido de fondo;b) hay espectadores muy alejados;c) la potencia sonora de la fuente es débil;d) combinaciones de ellos.

Es importante destacar que la acústica de la sala donde se planea hacer un refuerzo sonoro, debe ser lo más correcta posible para el tipo de aplicación de la misma, en cuanto a los parámetros ya señalados (nada se lograría con aumentar el nivel sonoro en un auditorio, cuya mala intelegibilidad se debe a un tiempo de reverberación demasiado largo).

Los problemas que se presentan cuando se usan estos sistemas de sonido son.- la realimentación y la falta de naturalidad.

Para evitar la realimentación, que es la causante de molestos silbidos, se deben utilizar parlantes y micrófonos con

205


característica direccionales, estudiando la disposición relativa de los mismos, o utilizar dispositivos especiales desplazadores de frecuencia.

Para evitar la falta de naturalidad, se debe tener presente que el sonido debe aparentar llegar desde el lugar donde es generado. Existe un fenómeno perceptual, denominado “efecto Haas”, que determina que la dirección aparente de la fuente, es la del rayo que llega primero a los oídos del espectador, aunque su nivel sonoro sea menor, hasta en 10 dB, con respecto al retardado.

Cuando se opte por un sistema de “alto nivel” (pocos altoparlantes con mucha potencia), es conveniente ubicar los parlantes por encima de la fuente sonora (por ejemplo un orador), ya que así, además del retardo debido al camino adicional, la sensación de naturalidad se ve reforzada por el hecho de la poca habilidad que tiene el ser humano, para detectar la exacta posición de una fuente de sonido ubicada por sobre su cabeza. La figura 10.14, esquematiza este tipo de sistemas.

Figura 10. 14: Refuerzo sonoro de “alto nivel”.

Cuando la opción sea un sistema de “bajo nivel” (muchos altoparlantes con poca potencia), como en el caso de las iglesias, se debe ser muy cuidadoso en la elección de los retardos y en las áreas cubiertas por cada grupo de parlantes. Los retardos entre los arribos de los diferentes frentes de onda, provenientes de los distintos parlantes, a los oídos del espectador, no deben exceder los 35 ms (para que no se produzcan ecos). En la figura 10.15 se esquematiza un sistema de este tipo.

Acústica de Salas

En cuanto a la potencia a instalar, se debe efectuar un cálculo de la necesaria, ya que generalmente es mucho menor que lo que se piensa. Por ejemplo, se demuestra que sólo son necesarios 0,3 Watts de potencia acústica para lograr 78 dB en una sala de 30.000 m3, con 4.000 espectadores. Suponiendo que los altoparlantes tengan un rendimiento de 5% y que se adopte una reserva de potencia de 10 dB, sería necesario contar con un amplificador de sólo 6 watts.

10.3.2. REFUERZO SONORO DEL CAMPO REVERBERANTE

Existe actualmente una tendencia hacia la construcción de salas que se puedan aplicar a diferentes usos, tanto el dictado de una conferencia como la ejecución de un programa musical. Salas de este tipo, deben permitir variar sus características en un rango bastante amplio.

Por otra parte, por razones económicas, hay una tendencia a minimizar la relación-, volumen de la sala a área cubierta por espectadores. Esto redunda en un tiempo de reverberación demasiado bajo.

La solución a estos problemas es la utilización de un sistema de reverberación asistido electrónicamente, que consiste, básicamente, en tomar mediante un micrófono la señal generada

207


Figura 10. 16: Sistema de reverberación asistido.

por la fuente, aplicarla a una cámara de reverberación artificial y luego reinyectarla en la sala por medio de numerosos parlantes. Un esquema de este sistema se muestra en la figura 10.16.

La reverberación artificial puede lograrse de diferentes modos: utilizando una cámara reverberante de aproximadamente 200 m3, sistemas electromecánicos (placas o resortes excitados por trasductores especiales) o circuitos electrónicos de estado sólido. Desde ya que todos los componentes de la cadena deben ser de muy buena calidad.

Otros sistemas (como el utilizado en el Royal Festival Hall de Londres), toman directamente, con micrófonos sintonizados en distintas frecuencias (mediante resonadores de Helmoltz o tubos de un cuarto de longitud de onda), la energía del campo reverberante y la reinyectan amplificada en la sala, sin pasar por ninguna cámara de reverberación artificial.

10 .4 . UTILIZACION DE MODELOS ACUSTICOS

Luego de haber realizado los cálculos básicos que lleva el diseño de una determinada sala, es posible evaluar su comportamiento, al menos en forma aproximada, haciendo uso de modelos acústicos. Existen dos técnicas: una es la construcción de maquetas a escala y la otra es la simulación tridimensional por computadora.

208

Acústica de Salas

10.4.1. MAQUETAS

La realización de maquetas acústicas, es en sí todo un arte. No requiere solamente la reproducción a escala de todos los detalles de la futura sala, sino que se deben utilizar materiales que respondan de la misma manera a la incidencia de las ondas sonoras, que el material a utilizar en la realidad. Esto último es muy complejo, ya que con el fin de mantener la proporcionalidad, la señal de prueba debe haber también sufrido una modificación por el miso factor de escala. Es decir, que si se quiere conocer el comportamiento por ejemplo a 1.000 Hz, en una maqueta hecha con una escala de 1:50, se deberá utilizar una señal de prueba de 50.000 Hz.

El hecho de tener que utilizar ultrasonidos para el estudio de las maquetas dificulta mucho el proceso, ya que debe contarse con materiales que tengan el mismo coeficiente de absorción acústica que en el caso real. Así mismo, el comportamiento del medio gaseoso en el que está inmersa la maqueta debe simular al del aire.

Cuando se de<>ea conocer sólo el comportamiento geométrico de la sala, puede utilizarse como señal excitadora, rayos de luz, generados por ejemplo por un láser de baja potencia. Debido a la longitud de onda mucho menor, no podrán ser evaluados los efectos de difracción, por lo que este método es preciso sólo para la simulación del comportamiento en las altas frecuencias. Con el fin de simular los coeficientes de absorción de las distintas paredes, se utilizan materiales con diferentes grados de especularidad.

10.4.2. SIMULACION POR COMPUTADORA

Con el avance de la computación, es posible obtener modelos y algoritmos de simulación de salas cada vez más precisos. Debido a su menor costo y complejidad, este método está reemplazando a la construcción de maquetas.

El primer paso es entrar en la máquina los datos correspondientes a la geometría de la sala y las características acústicas de sus superficies. Luego se elige el tipo de fuente con que se quiere estudiar la sala (direccional u omnidireccional), la cantidad de rayos que se desean emplear (un compromiso entre exactitud y tiempo de procesamiento) y el tipo de reflexión (difusa o geométrica). El algoritmo es luego el que se encarga de obtener los datos de relevancia acústica (tiempos de reverberación, correlación interaural, sonoridad, etc.).

Existe aún hoy una restricción, que es el comportamiento en bajas frecuencias, en donde los resultados no son muy

209


confiables (no se cuenta con un algoritmo que simule correctamente el proceso de propagación del sonido, dentro de una sala, en estas frecuencias).

1 0 .5 . BIBUOGRAFIA

V. Kundsen and C. Harris, Acoustical Designing in Architecture, John Wiley & Sons, 1950;L. Beranek, Music, Acoustics & Architecture, John Wiley & Sori$ 1962 ;

A. Raes, Isolation Sonore et Acoutique A rchitectural, Editions Chiron, 1964;P. Parkin and H. Humphres, Acoustics, Noise a n d Buildings, Faber and Faber LTD, 1969;R. Mackenzie, Auditorium Acoustics, Applied Science Publishers LTD, 1975;H. Kuttruff, Room Acoustics, Elsevier Applied Science, 1991.

210

11.1. GENERALIDADES

Una vibración es un movimiento oscilatorio de una estructura, o de parte de ella, alrededor de una posición de reposo, debido a una excitación exterior.

Estos movimientos moleculares pueden afectar la integridad y la estabilidad de un sistema, llegándose inclusive a la rotura.

Se comprende que al existir moléculas en movimiento oscilante, este fenómeno se transmite al aire vecino, provocando sonido. Es por ello que al disminuir las vibraciones se reduce el ruido por ellas generado.

Físicamente, la vibración es un movimiento de partículas con amplitud y frecuencia variables, por lo que su semejanza con el sonido es notoria.

Considerando el aspecto de seguridad estructural se las estudia entre 1 y 500 Hz; desde el punto de vista humano interesan sólo las que van de 1 a 90 Hz, cuando se considera el movimiento del cuerpo entero, y de 5 a 1.000 Hz cuando se estudian vibraciones que se reciben a través del sistema mano- brazo.

Las vibraciones que actúan sobre la estructura de un edificio provocan resonancias que pueden ser inofensivas, provocar fisuras o grietas o dañar la construcción de modo que peligre su estabiliad o provoque un derrumbe.

El cuerpo humano se encuentra expuesto a vibraciones de distintas amplitudes y frecuencias. Al caminar, correr, viajar o trabajar con ciertas herramientas, el organismo recibe excitaciones que pueden resultar molestas o dañinas.

Tales molestias pueden ser el mareo al navegar, el cosquilleo o adormecimiento de las manos al operar máquinas desbalanceadas, la vibración del asiento de un vehículo, etc.

211


L q s parámetros que definen una vibración son:— f. la frecuencia, en Hz;— a: la aceleración, en m/s2 o unidades “g”;— v: la velocidad, en m/s;— d: el desplazamiento, en m.

Aclaremos que “g”, es la aceleración de la gravedad terrestre, y vale:

1 g = 9,8 m/s2

Si el fenómeno tiene una composición en frecuencia simple, basta disponer de la frecuencia y de uno de los otros tres parámetros, ya que los otros dos pueden deducirse de los primeros.

luego:Habitualmente se conoce la frecuencia y la aceleración,

v = (11.1)2 K f

d =(2 * f f

( 11.2)

1 1 .2 . MEDICION DE LAS VIBRACIONES

Para detectar vibraciones se debe disponer de un elemento sensible a los movimientos. El llamado acelerómetro, es un transductor, que convierte aceleración en señales eléctricas. Existen acelerómetros de tipo piezoeléctrico que, además de ser muy confiables, pequeños y livianos, tienen respuesta plana hasta altas frecuencias (por ejemplo: 20, 30 o 50 kHz). Uno de los métodos constructivos de un acelerométro piezoeléctrico se observa en la figura 11.1.

El acelerómetro se conecta a un medidor, que puede ser un medidor de nivel sonoro al que se le retiró el micrófono, si esto es posible.

Los medidores de nivel sonoro de laboratorio disponen de esta posibilidad, y además son capaces de medir frecuencias tan bajas como las habituales en este caso.

Las escalas de los medidores se adaptan para indicar vibraciones, generalmente en forma de aceleración.

Son aplicables también en este caso los filtros de octava, tercios de octava u otros, a los efectos de medir espectros de vibraciones. Por supuesto que estos filtros también son de frecuencias más bajas que los usados en ruido.

Las señales provenientes del acelerómetro pueden registrarse en papel, osciloscopio o computadora para su mejor análisis.

212

Vibraciones

Caja

Resorte

Masa sfsmica

Discos piezoeléctricos

Conexión de salida

Base

Agujero de montaje

Figura I I. I: Esquema de un acelerómetro piezoeléctrico.

Es de hacer notar que toda estructura tiene una frecuencia de resonancia propia, la cual es fundamental conocer, ya que si se la excita con vibraciones de frecuencias cercanas a ésta existe el peligro de roturas. Puede recordarse el caso de los cantantes de ópera que hacen estallar copas con su voz, o los vidrios de una ventana vibrando al paso de un camión por la calle.

11 .3 . REDUCCION DE LAS VIBRACIONES

Cuando sea necesario reducir las vibraciones generadas por una máquina, por ejemplo una electrobomba elevadora de agua o un ascensor, se deben emplear procedimientos de atenuación o aislamiento.

. La atenuación de las vibraciones se concreta, de ser posible, actuando sobre la máquina, por medio de ajustes mecánicos o de balanceo dinámico.

El aislamiento es un procedimiento generalmente más accesible, y puede lograrse mediante:— El apoyo de la máquina sobre resortes, goma o elementos

antivibratorios especiales.2 1 3


— Montando la máquina sobre una losa flotante.— Forrando, con materiales elásticos, las cañerías que atraviesasn

paredes o losas.

11.4. EVALUACION DE LA VIBRACIONES

Las vibraciones afectan tanto a las estructuras como a las personas; existen normas que permiten su evaluación para conocer su influencia en cada caso.

11.4.1. SOBRE LAS ESTRUCTURAS

La ley provincial 7.229, decreto reglamentario 7.488, acota las vibraciones sobre un edificio.

Existen gráficos que permiten conocer el grado de seguridad que posee el edificio, conocida la frecuencia y el desplazamiento de la vibración. En las figuras 11.2 y 11.3 se incluyen dichos gráficos, correspondientes a dos categorías de edificios. El gráfico Na I, para edificios de hasta 3 pisos, donde la altura dividida por el lado mínimo es menor o igual a 1. El gráfico Ne II, para edificios de varios pisos, donde la altura dividida por el lado mínimo es menor o igual a 2.

En ambos gráficos se delimitan distintas zonas que definen la importancia que la vibración puede tener, en cuanto a cómo podría afectar a la estructura.— Zona I, debajo de la curva A: las vibraciones no influyen sobre

la estructura.— Zona II, entre las curvas A y B: las vibraciones son sensibles,

pero no afectan la estructura.— Zona III, entre las curvas B y C: se inician las fisuras y daños

locales. Capacidad portante reducida.— Zona IV, entre las curvas C y D: fisuras múltiples y destruccio

nes locales. Debe reforzarse la estructura o eliminar las vibraciones.

— Zona V, encima de la curva D: destrucción parcial o total por derrumbes. Debe evacuarse el edificio.

Para las curvas con ápice y sin él, se tendrá en cuenta lo siguiente:a) Según los materiales y tipo de construcción:

Curvas con ápice:Fundación de cemento u hormigón armado, paredes de

ladrillo compacto, aglomerados de cemento unidos con cemento común, pisos-losas de cemento armado, entre techos, vanos poco numerosos y distribuidos regularmente.

214

Vibraciones

Figura 11.2: Gráfico n° I, para vibraciones en edificios de hasta 3 pisos.

215


216

Figura 11.3: Gráfico n° II, para vibraciones en edificios de varios pisos.

Vibraciones

Curvas sin ápice:Fundación en ladrillo o bloques, construcciones sin fun

dación, paredes de ladrillo de calidad inferior, ejecución irregular o descuidada, construcción en ladrillos huecos o de hormigón de escorias, pisos que no sostiene el edificio (vigas sin restricción), bóvedas masivas sin trámite, número elevado o disposición irregular de ios vanos, sobre todo cerca de los ángulos.

b) Según la condición de la construcción:

Curvas con ápice:Construcción nueva, intacta.

Curvas sin ápice:Construcción antigua, deteriorada (por ejemplo, fisuras

en las paredes y fundaciones, debidas a causas mecánicas, químicas o atmosféricas). Transformación de los elementos fundamentales.

c) Según el tipo de terreno y de la fundación:Curvas con ápice:

Terreno elástico (suelo arenoso, arcilloso), fundación en zapata.

Curvas sin ápice:Terreno rígido o semi-rígido (rocas, guijarro apretado o

de grano grueso), fundaciones discontinuas o artificiales (estacas,pozos).

d) Según el tipo de vibraciones aplicadas:Curvas con ápice:

Vibraciones y choques esporádicos, vibraciones regulares (armónicas), vibraciones asiduas pero con grandes intervalos.Curvas sin ápice:

Vibraciones irregulares, choques permanentes, vibraciones interrumpidas, varios modos originados en la misma fuente de vibración.

11.4.2. SOBRE LAS PERSONAS

La Norma IRAM 4078 establece las vibraciones máximas sobre el cuerpo entero que puede soportar una persona en el puesto de trabajo.

En este caso se debe conocer la aceleración, la frecuencia y el tiempo de exposición de la vibración, estableciéndose

217


límites de confort, de fatiga y de seguridad.

Figura 11.4: Curva básica de aceleración.

La parte II de la misma Norma establece las molestias que producen las vibraciones a los habitantes de un edificio, en función de la hora del día y el uso a que se destina el edificio (viviendas, oficinas, salas de operaciones, etc.).

La evaluación se realiza mediante una curva básica de aceleración, para vibraciones en direcciones combinadas, ver figura 11.4.

En la tabla 11.1 se indican factores por los que se deben multiplicar los valores de aceleración eficaz de la figura 11.4, para mantenerse dentro de valores aceptables de vibración en los edificios, de forma tai de garantizar la ausencia de molestias o quejas, de los seres humanos que allí desarrollan sus actividades.

Además existe la Norma IRAM 4097, que se refiere a vibraciones máximas tolerables a través de brazos y manos.

Se debe conocer la aceleración a que está sometido el individuo y las horas diarias que la soporta. Con ello se puede predecir la aparición de trastornos vasculares.

218

Vibraciones

LugarVibración continua

o intermitenteVibración impulsiva

que ocurre varias veces al día

Areas de trabajo críticas (salas de operación de hospitales, laboratorios de precisión, etc.)

1 1

Viviendas 2 a 4 (Día) 1,4 (Noche)

60 a 90 (Día) 1,4 a 20 (Noche)

Oficina 4 128

Talleres 8 128

Tabla II. I: Factores de multiplicación de la aceleración.

11.5. GENERAC ION D E V IBRAC IO N ES

Cuando se desea conocer el comportamiento futuro de una estructura o de un equipo ante vibraciones que no estén aplicadas, se las debe generar o simular.

En el caso de una estructura es habitual desear conocer la resonancia propia; esto puede lograrse dejando caer sobre ella un gran peso, por ejemplo una bolsa de arena, midiendo las vibraciones generadas, en especial su frecuencia.

Equipos que se montarán en vehículos, que serán transportados, o que serán instalados en lugares sísmicos, deberán ser sometidos a vibraciones de distinto tipo, para simular esas situaciones.

Se deberá disponer en este caso de un excitador de vibraciones, instrumento que permite generarlas de cualquie amplitud y frecuencia.

La forma de operar habitual es medir las características del equipo bajo ensayo previo a la vibración; luego se lo vibra según la amplitud, frecuencia y tiempo establecidos por las Normas específicas, y finalmente se vuelven a medir las características del equipo, las que deberían mantenerse inalteradas.

11.6. B IBL IO G RAF IA

A. Méndez y A Werner, El hom bre y las vibraciones, editorial Ad- Hoc, 1982.

219

ASPECTOS ECO N O M ICO S DEL CONFORT ACUSTICO

12

12 .1 . INTRODUCCION

La calidad integral en arquitectura se logra a través de una sumatoria de calidades parciales; éstas se relacionan con variables evaluables tanto objetiva como subjetivamente: factores relativos a la habitalidad, seguridad y durabilidad de los edificios; elementos que se refieren a la calidad del espacio obtenido desde el punto de vista estético, funcional, etc.

Estas calidades parciales que confluyen hacia la calidad integral se obtienen a determinado costo. En efecto, cada proyectista, al elegir alternativas para responder a cada necesidad, está condicionando directa o indirectamente a los costos de producción, montaje y mantenimiento.

Los dos elementos, costo y calidad, forman parte de una ecuación, y cada uno de los términos no puede ser estudiado por separado. En particular en un país que, como la Argentina, debe enfrentar una masiva demanda habitacional, de equipamiento e infraestructura, a la que debe responder con restricciones de capital muy importantes.

Dentro de los factores que garantizan un buen nivel de habitabilidad figuran el confort térmico, condiciones de asoleamiento, iluminación y ventilación, así como un adecuado aislamiento acústico. Este último aspecto no suele ser considerado como dato importante de diseño, especialmente en el caso de viviendas colectivas para usuarios de recursos económicos escasos. Tampoco es usual que el problema costo-calidad desde el punto de vista acústico se contemple en otro tipo de edificios que no sean aquéllos destinados a funciones muy específicas: fábricas, talleres, salas de música, de conferencias, etc.

221


Estudios realizados indican que el incremento del costo de construcción que tenga en cuenta la problemática del ruido desde la etapa de proyecto es de un 2 a un 4% (1). En cambio, lograr mejoras sustanciales en edificios en uso, necesita de intervenciones generalmente difíciles desde el punto de vista técnico, e implica al mismo tiempo gastos importantes.

Las razones antes mencionadas señalan la necesidad de realizar una serie de estudios tendientes a la obtención de métodos que permitan, en el caso del diseño de viviendas, optar por la mejor solución. Esto significa hallar la alternativa donde se optimice la relación costo-calidad, medida esta última desde el punto de vista acústico.

Lo antes expuesto constituye el propósito del presente capítulo. El tema se tratará a partir de los siguientes puntos de vista:a) Antecedentes del tema, referidos a estudios y experiencias recogidas en el ámbito de los aspectos cualitativos y económicos del confort acústico.b) Análisis de costo calificado para distintas soluciones de particiones horizontales y verticales en edificios para vivienda.c) Estudio técnico-económico de soluciones especiales (losas flotantes, muros dobles, etc.).

12.2. EL PROBLEM A EC O N O M IC O Y LA ELECC ION D E MATERIALES EN EL D ISEÑ O ACUSTICO

El costo de un material es una propiedad tan esencial como su capacidad para aislar o absorber ruidos (2). En efecto, todo proyecto está condicionado por el capital y recursos disponibles (mano de obra, tecnología, etc.). Si no existe equilibrio entre costo y performance, habrá un mal empleo del capital, hecho esencialmente grave en países donde la escasez de capital es una de sus características macroeconómicas principales. Ese dinero podría haber sido utilizado en obtener mayor performary:e, o gastado en otro producto diferente.

En la figura 12.1 se relaciona el costo de una serie de materiales para tabiques con el aislamiento acústico medio suministrado. Se han considerado cerramientos de una sola capa, en general pesados, correspondientes a edificios industriales ingleses de baja altura. El término “costo” sólo involucra aquí a los gastos necesarios para adquirir los materiales y levantar la pared. Como puede observarse, cuanto más aislación se requiere, más se tendrá que pagar, sobre todo a partir de ciertos niveles de exigencia.

222

Aspectos económicos del confort acústico

costo , [U $S /m 2]

201410 9 .

66• 7 r4

--------------i 82

10 20 30 40 50 60

). H°A° 15 cm2. Ladrillo 11,25 cm3. Idem 22,5 cm4. Idem 27,5 cm5. Bloque de clinker 7,5 cm

una cara.6. H° celular 20 cm7. Tablero T y G8. Asbesto cemento corrugado9. Acero dulce

Indice reducción del sonido (medio) dB

Figura 12. I: Relación entre el costo de distintos materiales y el aislamiento medio.

El ejemplo siguiente es interesante en el sentido que considera el problema del costo desde una óptica más global. Aparte de materiales y mano de obra para la construcción se han tenido en cuenta:• Costo adicional de soporte de fundaciones, columnas y vigas, cuando el peso de las paredes aumenta.• Costo del crecimiento marginal del área del piso (aunque la superficie útil permanezca constante, el mayor espesor de la pared hace crecer el área de la planta, costo suplementario que debe ser considerado).

En la tabla 12.1 el costo así calculado para diferentes tipos de cerramientos está acompañado de ciertas medidas de calidad, como las que se detallan a continuación:

2 2 3


• Aislamiento promedio de sonido entre las octavas de 100 y 3.150 Hz.• Un número indicativo N, que representa la capacidad de aislamiento del cerramiento desde el punto de vista de la palabra (conversación privada).• Una estimación del porcentaje de personas que se consideran satisfechas por la capacidad aislante de la pared en una situación típica.

Los valores anteriores se han estimado en base a un edificio de departamentos de diez pisos. Comparando el costo de una pared de ladrillo de 22,5 cm y un tabique sofisticado (dos paneles dobles de yeso, perfiles de acero y fibra de vidrio en la cavidad), puede observarse que el costo total de esta última alternativa es menor, aunque su costo básico de construcción sea algo superior al de la pared de ladrillo. Ello se debe a su menor necesidad de soporte y al área escasa que ocupa en planta.

Peso Espesor C osto (U $S /m 2) Perform ance

Pared dB N %(c m ) k g /m 2 (cm ) PARED SOPORTE ESPACIO TOTAL m edia satsf.

1 1 ,2 5la d rillor e v o c a d o

2 5 0 1 3 ,7 5 6 ,6 2 ,2 4 ,4 1 3 ,2 4 5 6 2 5 0

2 2 ,5 Íd em 4 5 0 2 5 11 4,4 6 ,6 2 2 5 2 6 7 7 0

7 ,5 b lo q u e s r e v o c a d o s 1 5 0 1 0 6 ,6 2 ,2 2 ,2 11 44 5 1 2 0

T a b iq u es im p le 3 0 1 1 ,2 5 4,4 0 4,4 8 ,8 31 5 2 2 5

T a b iq u es o f is tic a d o 5 0 1 2 ,5 1 3 ,2 0 4,4 1 7 ,6 5 0 7 4 8 5

Tabla 12.1: Relación entre el costo global y el aislamiento medio.

Los componentes que se consideren en el costo global tienen relación con la realidad socioeconómica del entorno donde se está analizando el edificio. Las conclusiones de este ejemplo inglés no serían seguramente de aplicación directa en nuestro224


medio, donde existe un nivel de industralización menor, mayores volúmenes de mano de obra a emplear, diferente costo energético en el proceso de fabricación, etc.

Otro ejemplo de interés es el de un edificio de oficinas en curso de modificación. Ubicado sobre una ruta de tránsito importante, los propietarios decidieron instalar vidrios dobles con el propósito de reducir el nivel de los ruidos de tránsito en el interior.

Autopista grado A T

-------- 1------ 1--------- 1------1-------g i m lln v -------1------ 1--------- 1------ 1--------

l-----------180 m----------------- 1—34 m— )---------------180 m ------------- 1

Método usado Reducción media ruido - dBA

Costo adicional U$S/Km

Ahorro en confort U$S/Km

J1 ........a .fl_pantallas 3 m

5 0.05 0.12

talud 4,5 m 6 2.00 0.15

3-J^______

1 + 2

I I 2.05 0.27

túnelcubierto

40 5.00 0.50

5- ~

1ventanas dobles y ventilación, dentro de 60 m

30 G J5 0.20

Tabla 12. 2: Cinco soluciones que reducen el ruido con distinta eficiencia y a diferente costo.

El vidrio doble costó 56.000 libras (material y colocación), y la instalación pudo ser hecha sin ocasionar mayores disturbios a los empleados. Sin embargo, el vidrio doble funciona con las ventanas cerradas, por lo que fue necesaria la instalación

225


de aire acondicionado, que no existía previamente. Así el gasto total fue de 480.000 libras, con el agravante que la instalación de aire acondicionado prácticamente paralizó la actividad en las oficinas durante el período de montaje del sistema.

Desde el punto de vista urbano, pueden también analizarse alternativas de costo y calidad, proponiendo diferentes soluciones para atenuar en viviendas el ruido proveniente de una autopista cercana (3). En la tabla 12.2 se exponen cinco soluciones, que reducen el ruido con distinta eficiencia y a diferente costo.

Además, pueden significar ahorro en las viviendas en costos para obtener confort (por ejemplo, necesidad de carpintería hermética, vidrios dobles, mayor espesor y peso de fachadas, etc ).

Tres posibilidades pueden ser eliminadas, pues su costo es mucho mayor que el que habría que invertir en mejorar las viviendas. Las dos posibilidades restantes parecen ser válidas desde el punto de vista de costo y calidad acústica.

12.3. E L COSTO D E LA CA L ID A D ACUSTICA EN CONJUNTOS HABITACIONALES

Para hacer proyecciones sobre el tema del costo de la calidad acústica se tomó como base el Programa de Investigación Tecnológica denominado “Diseño Arquitectónico en relación al nivel de ruidos comunitarios”, realizado por el Laboratorio de Acústica y Luminotecnia (LAL/CIC) para la Secretaría de Vivienda y Ordenamiento Ambiental, en el período 1983/84.

Este trabajo analizó diferentes conjuntos habitacionales de la provincia de Buenos Aires, realizando mediciones de aislamiento acústico de particiones interiores de edificios sometidas a ruidos aéreos y de impacto. También incluye mediciones de aislamiento a ruidos aéreos en fachadas, así como el diseño de un programa para procesar la información recogida en el trabajo de campo.

El análisis económico posterior consistió en calcular el costo de materiales y mano de obra demandados por los muros y entrepisos utilizados, de modo de poder comprobar si existía una relación proporcional entre el capital invertido y la performance lograda desde el punto de vista acústico (4).

Las conclusiones obtenidas a partir de este análisis pueden enunciarse de la siguiente manera:

• Tanto muros como entrepisos presentan una serie de alternativas cuyos costos, en términos globales, oscilan entre U$S 100 y 300/10 m2 (dólares de 1990).

Como puede observarse, los costos se midieron en U$S/ 10 m2. Se tomó como criterio adoptar la unidad de medida que la

2 2 6


Norma IRAM 4.063 establece para las mediciones de muestras en laboratorio, que a su vez responde a las dimensiones medias que suelen tener los muros y entrepisos en los locales de un edificio para viviendas estándar.

• En lo que se refiere a aislamiento acústico de muros, una vez eliminados los ejemplos no admisibles (£>nTw menores a 41 dB), el aislamiento a ruidos aéreos no varía excesivamente para los distintos casos (41 a 44 dB) (figura 12.3)

CO STO

[dB]

44 ■

43 ■

42 ’

41 ■

b) I 2 3

- I

4 5 6

1. LAD. AUTOPORTANTE2. H°A° 10 cm.3. H°A° 14 cm.

4. H°A° + LAD. HUECO (26 y 16 cm.)5. H°A° + LAD. HUECO (32 y 17 cm.)6. H°A° PREMOLDEADO

F ig u ra 12. 3 : C o s t o s d e m u r o s y a is la m ie n to en c o n ju n to s

h a b ita c io n a le s d e la P c ia , d e B u e n o s A ir e s .

2 2 7


C O S T O[UJS/lOm1]

300 .

m

1. LO SA /CERA M ICO 3. LO SA/VIN ILICO 5. LOSA PREM OL./GRANIT ICO2. LO SA /CERA M ICO (OTRA) 4. LOSA/ALFOMBRA 6. LOSA PREM O L/V IN IL ICO

2 2 8

F igura 12 . 4 : C o s t o s d e e n tr e p is o s y a is la m ie n to en c o n ju n to s

h a b ita c io n a le s d e la P c ia , d e B u e n o s A ir e s .


• Hay que tener presente siempre que un muro divisorio tiene requerimientos múltiples, por lo cual hacer a veces una extrapolación de los aspectos acústicos aislados podría llevar a conclusiones erróneas. Pero desde el punto de vista que nos ocupa, se deduce que el aislamiento acústico no varía sustancialmente aunque se elijan alternativas 200% más caras que en el ejemplo de menor costo.• La performance de los entrepisos, medida en N Tw, tiene un comportamiento diferente. En tres casos, el aislamiento empeora aún cuando los costos aumentan. En dos casos los valores mejoran, cuando se ha superado el 100% de aumento respecto del ejemplo de costo más reducido (figura 12.4).• Tanto en muros como en entrepisos se observa que se obtienen costos bajos o moderados con tecnologías simples (ladrillo cerámico autopartante, losa con revestimiento de baldosas cerámicas rojas), y que la calidad acústica no mejora notablemnente al incrementarse los costos. Sólo el caso de entrepisos con alfombra, donde la mejora en el confort acústco es notable, parece justificar un aumento importante de costos.

• Los valores de aislamiento bajos pertenecen a paredes de ladrillo hueco de espesores menores a 0,20 m, así como muros no homogéneos construidos en parte con hormigón armado (sectores de la estructura del edificio) y en parte con ladrillos huecos. En este último caso el resultado cualitativo se asocia al material con menores posibilidades de aislación.

12.4. AN AL IS IS EC O N O M IC O SU RG ID O A TRAVES D E LA APL ICAC IO N D E LA NO RM A IR A M 4044

En este caso, se ha tomado como base de análisis a la Norma IRAM 4044, donde se listan los valores de Rw mínimos aconsejados para diferentes tipos de cerramientos verticales, según la función de locales, edificios y linderos. También se dan valores orientativos de aislamiento para los tipos de muros más habituales, tanto de tipo tradicional como industrializado.

La comparación entre los costos de materiales y mano de obra de esas soluciones y su calidad acústica permitirá comprobar si la eficiencia tiene un costo adicional, o si es posible llegar a valores de aislamiento aceptables con recursos restringidos.

En el caso de entrepisos, existen sólo normas nacionales en preparación, por lo que se tomarán valores internacionales o de ensayos realizados para determinar la mejora que los revestimientos de piso logran sobre una losa maciza que se toma como referencia.

2 2 9


Las figuras 12.5 y 12.6 muestran cómo varía Rw y ÁNW a medida que el costo aumenta, para muros y entrepisos respectivamente. En el caso de muros, además, de acuerdo a la Norma IRAM 4044, fue posible anotar qué soluciones eran aceptables de acuerdo a los requerimientos mínimos que cada función necesita (división entre locales, departamentos, zonas comunes, etc.).

En las figuras 12.7 y 12.8 se determinó el aumento porcentual de costos de cada alternativa respecto de la solución más barata, así como el incremento de aislamiento en decibeles que en cada caso se produce.

Conclusiones particulares pueden extraerse analizandomuros y entrepisos.

1. LAD. RO CA DE YESO 5. PLACAS DE YESO2. LAD. CO M UN 0.12 6. LAD. COM UN 0.273. LAD. HUECO 0. II 7. H°A°4. LAD. HUECO 0.18 8. H°A° PREMOLDEADO

Figura 12. 5: Relación entre costos de muros y Rw aplicando la Norma IRAM 4. 044.

230


1. CONT. FLOTANTE 4. ALFOMBRA2. PISO VINILICO 5. PISO DE G O M A3. I + 2 6. I + 2

Figura 12. 6: Relación entre costos de entrepisos y ANw aplicando la Norma IRAN 4.044.

12.4.1. MUROS

Puede apreciarse que, teniendo en cuenta las características de costo y aislamiento acústico, aparecen como opciones prioritarias los muros de ladrillo común. Es decir materiales que desde el punto de vista productivo son de fabricación artesanal, y que desde la óptica de sus propiedades físicas se caracterizan por su masa elevada. Estudios realizados indican que los materiales artesanales son de menor costo en los países en desarrollo, pues tienen un alto contenido de mano de obra, la que no recibe remuneraciones elevadas (5). Por otra parte, por las razones estudiadas en otros capítulos, se sabe que los materiales de alta densidad y espesor siempre han sido utilizados con éxito desde el punto de vista acústico y térmico (figura 12.7).

2 3 1


En el otro extremo se sitúan los paneles prefabricados en fábrica. Se observa que en este caso la producción seriada no disminuye los costos, sino que los incrementa, además de lograr un aislamiento acústico menor que el alcanzado por métodos convencionales de construcción. En países de alta industrialización las conclusiones, por lo menos desde el punto de vista económico, serían seguramente diferentes.

I 2 3 4 S 6 7 8

F ig u ra 12 . 7 : R e la c ió n e n t r e R w y c o s t o s d e m u r o s .

2 3 2


12.4.2. ENTREPISOS

El ejemplo que presenta una mejor relación costo-calidad es el contrapiso flotante desnudo, pero este ejemplo no se ha usado con fines comparativos, por no incluir revestimiento de piso (lp que no lo haría apto en principio para la mayoría de funciones que se desarrollan en una vivienda media).

El revestimiento de menor costo entre los estudiados resultó el piso vindico. Por lo tanto el contrapiso flotante con revestimiento vinílico logra una mejora del aislamiento excepcional (29 dB) respecto de la losa común de hormigón armado con idéntico revestimiento. El costo es sólo el 44% mayor.

Aquí vuelve a comprobarse lo antes dicho para muros. La losa y el contrapiso flotante suelen no utilizarse por ser considerados a prior i soluciones muy especializadas y presumiblemente caras. Sin embargo se trata de una labor principalmente artesanal, cuyo éxito depende en gran medida de la calidad de la mano de obra y de una adecuada supervisión técnica (6), y ésto no suele guardar relación directa con los costos. Los componentes industrializados (fieltro asfáltico, poliestireno, velo de vidrio) demuestran no tener una incidencia notable en el costo total.

El piso de goma resulta muy costoso, logrando mejoras de aislamiento similares (tanto en el caso de losas simples como flotantes) a los obtenidos mediante el uso de revestimientos vinílicos.

Entre los revestimientos apoyados directamente sobre la losa, la alfombra logra una mejora de aislación notable respecto del piso vinílico (13 dB) a un costo alrededor del 130% mayor (figura 12.8).

12.5. ESTUD IO ECO N O M ICO D E SOLUCIONES ESPECIALES

En general, los planos horizontales y verticales que delimitan los espacios en un edificio para vivienda colectiva tienen funciones múltiples: estructural, divisoria, aislante higrotérmico y acústico, etc.

Existen soluciones especializadas cuyo objetivo es dar una mejor respuesta a alguno o varios de los requerimientos anteriores: es el caso de las losas y contrapisos flotantes, muros dobles, etc.

Dentro de estas soluciones especiales deben diferenciarse dos instancias:• Cuando el elemento forma parte de la construcción original, y por lo tanto ha sido diseñado para cumplir con determinada función específica.

2 3 3

280

240

200

160

120

80

40

0

v[dB;38

34

30

26

22

18

14

IO

6

20

328%

.. 8: Relación entre ANw y costos de entrepisos.


• Cuando el elemento se introduce posteriormente, para mejorar, por ejemplo, el nivel de aislamiento acústico original.

Según se presenten algunas de estas dos situaciones, las soluciones posibles variarán, tanto en costo como en eficiencia. Las paredes pesadas, la losa o el contrapiso flotante son alternativas que en la mayoría de los casos se preveen con el edificio. En cambio, los paneles livianos para muros, los cielorrasos suspendidos, etc., son tecnologías adecuadas para introducir mejoras posteriores, por su montaje en seco y facilidad de instalación.

12.5.1. MUROS DOBLES

Como puede apreciarse en las figuras 12 9, todas las opciones de muros dobles se calcularon con y sin absorbente (panel de lana de vidrio de 25 mm de espesor). En ausencia de absorbente se estimó una cámara de aire de 3 cm de espesor, en las opciones con absorbente la cámara tiene 7 cm de espesor. Se han tenido en cuenta sólo los costos de materiales; se ha adicionado un porcentaje de costo en concepto de materiales complementarios (por ejemplo, trabas metálicas de la doble pared).

Se han graficado los costos de las diferentes soluciones, en orden creciente, señalando el porcentaje de aumento de cada una respecto de la alternativa de menor costo.

Si se toma como referencia un muro de una sola capa de ladrillo común de 0,30 m de espesor, éste tiene un costo por metro cuadrado de alrededor de U$S 2,5 y un aislamiento Rw de 54 dB (Norma IRAM 4044). Es decir es apto desde el punto de vista acústico y su costo es menor al de cualquiera de las soluciones de muros de doble hoja analizados. Esto significa que si la decisión se toma en el momento de construir el edificio y el objetivo es obtener un buen aislamiento acústico teniendo en cuenta al mismo tiempo criterios económicos, resulta preferible el uso de un único muro pesado, y no soluciones de doble hoja con cámara de aire.

Observando el gráfico se puede deducir que los costos evolucionan de acuerdo al siguiente orden creciente:• Muros tradicionales (pesados, semipesados).• Un muro pesado y otro liviano.• Dos muros livianos.

En caso de elegir soluciones “a posteriori” para mejorar problemas existentes (Figura 12.10), los costos deben confrontarse con ciertos factores estudiados precedentemente:

• Es preferible el uso de dos capas de diferente masa y rigidez.

2 3 5


COSTO

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10

IH

2 MUROS PESADOS

IDEM C/ABSORBENTE

MURO PESADO + LIVIANO

IDEM C/ABSORBENTE

2 MUROS LIVIANOS

IDEM C/ABSORBENTE

1. LADRILLO COMUN 0.152. LADRILLO HUECO 0.083. IDEM I + FIBRA DE VIDRIO4. IDEM 2 + FIBRA DE VIDRIO5. LAD. CO M UN 0.15 + PLACA DE YESO

6. IDEM 5 + F. DE VIDRIO7. LAD. CO M UN 0.15 + PANEL YESO CERAMICO8. LAD. ROCA DE YESO9. IDEM 7 + F. DE VIDRIO10. IDEM 8 + F. DE VIDRIO

Figura 12. 9: Costos de muros dobles.

• Uso de material absorbente para atenuar resonancias e independizarcapas.• Cuando se trate de paneles livianos, evitar su vibración y no hacer solidarias las estructuras de sostén (7).

12.5.2. ENTREPISOS

Algunas soluciones (falso cielorraso, cielorraso suspendido) son útiles cuando se desea mejorar el aislamiento en edificios ya construidos, pero en general estas soluciones suelen resultar caras y de relativa eficiencia si se las compara con las opciones “sobre losa" (figura 12.10).

12 .6 . CONCLUSION

El trabajo de investigación realizado tuvo como objetivo236


I 2 3

1. CONTRAPISO FLOTANTE

2. LOSA FLOTANTE

3. FALSO CIELORASO

4. IDEM 3 C/ABSORBENTE

5. CIELORRASO SUSPENDIDO

6. IDEM 5 C/ABSORBENTE

Figura 12. 10: Costos de entrepisos.

explorar un campo poco estudiado, como es la relación entre el costo y la calidad desde el punto de vista acústico.

A través de los ejemplos analizados se pueden observar una serie de tendencias de validez general. Pero los valores obtenidos deben ser utilizados con precaución, ubicándolos en el contexto adecuado. Este contexto debe ser analizado tanto desde el punto de vista macro como microeconómico, y también considerando las funciones múltiples que tiene un edificio e incluso cada elemento constructivo.

Hemos visto a través del trabajo cómo influye en las conclusiones la coyuntura económica, y cómo dichas conclusiones se ven afectadas según el contexto económico considerado. Por otra parte, desde el punto de vista arquitectónico se deberá

237


tener en cuenta la “calidad integral”, de la cual, especialmente en el caso de viviendas, el aislamiento acústico es sólo uno de los componentes.

El objetivo será optimizar la “calidad integral” (funcional, de habitalidad, durabilidad, seguridad, etc.), haciéndola compatible con el “costo integral” (costos previos, de construcción, de mantenimiento, de energía, etc.). Ello posibilitaría más cantidad de viviendas de mejor calidad global para todos los sectores de la comunidad.

12.7. REFERENCIAS

[1] Niilus, Malle R.V.: Aislación acústica en viviendas, Bouwncentrum Argentina, Buenos Aires, 1965.

[2] Waller, R.: Economics o f sound reduction in buildings, Applied Acoustics Vol. 1, Na 3, England, 1968.

[31 Thomas, R.D.: Traffic noise. The perform an ce a n d econom ics o f noise ¿reducing materials, Applied Acoustics Vol. 2, N2 3, England, 1969-

[4] Amarilla, Beatriz: Aislación acústica en viviendas colectivas; estudio de alternativas de costo y calidad, CIC, La Plata, 1990.

151 Mascaré, Juan: La construcción en la Economía Nacional, FAU/ UNLP, 1989-

[6] Schütze, W.: Les dalles flottantes, Ed. Eyrolles, Paris, 1968.[7] Méndez, Antonio: Aislación acústica, Revista Telegráfica Elec

trónica Na 778/781. Buenos Aires, 1977/78.

238

Mendez Acustica Arquitectonica

Documents

Transcript of Mendez Acustica Arquitectonica