definiciones en acústica arquitectónica











Velocidad del sonido en el aire



La velocidad del sonido es la rapidez con la que las ondas sonoras se propagan a través de un medio. Depende de varios factores principalmente del medio en el que viaja (sólido, líquido o gas), la temperatura y la densidad del medio.

Factores que afectan la velocidad del sonido:

  1. El medio: La velocidad del sonido varía según el medio a través del cual viaja. En el aire, la velocidad del sonido es mucho más baja que en líquidos o sólidos. Esto es porque las partículas en los sólidos y líquidos están más juntas que en el aire, lo que permite que las ondas sonoras se transmitan más rápidamente.
    • En aire, la velocidad del sonido es alrededor de 343 m/s a temperatura ambiente (20°C).
    • En agua (a 20°C), la velocidad del sonido es de aproximadamente 1,480 m/s.
    • En acero, la velocidad del sonido es de alrededor de 5,100 m/s.
  2. Temperatura: En el aire, la temperatura tiene un gran impacto en la velocidad del sonido. A mayor temperatura, las moléculas del aire se mueven más rápido, lo que facilita la transmisión de las ondas sonoras. Por ejemplo, a 0°C, la velocidad del sonido es de aproximadamente 331.3 m/s, mientras que a 20°C aumenta a 343 m/s.
  3. Humedad: En condiciones de mayor humedad (más vapor de agua en el aire), la velocidad del sonido aumenta. Esto se debe a que el vapor de agua es menos denso que el aire seco, lo que reduce la densidad del aire en general, permitiendo que las ondas sonoras se transmitan más rápidamente.
  4. Presión: A nivel del mar, la presión no tiene un efecto significativo en la velocidad del sonido en el aire, siempre que la temperatura y la composición del aire se mantengan constantes. Sin embargo, en otras condiciones (como a altitudes elevadas), la presión sí puede afectar indirectamente la propagación del sonido.

Importancia de la velocidad del sonido

La velocidad del sonido es importante en diversas aplicaciones, tales como:

  • Tecnología de ultrasonido: En medicina, se utiliza la velocidad del sonido para determinar la distancia y los cambios dentro del cuerpo humano.
  • Sonar: En submarinos y en la navegación, el sonar usa la velocidad del sonido en el agua para medir la distancia a objetos submarinos.
  • Tecnología de comunicaciones: En sistemas acústicos, como micrófonos y altavoces, la velocidad del sonido influye en cómo se captan y transmiten los sonidos.
  • Arquitectura: El eco es un fenómeno que se relaciona con la inteligibilidad de los mensajes por el oido humano; El cerebro humano puede distinguir información con hasta 1/10 de segundo de intervalo temporal. Cuando el sonido viaja por el aire a una velocidad determinada y choca con algun elemento sólido regresa a la fuente, si el intervalo entre la emisión del sonido y el regreso del mismo es mayor a 1/10 de segundo, se escuchará eco (lo cual puede afectar la acústica del espacio), y como se mencionó anteriormente, la velocidad del sonido depende de la temperatura.


\( v = 331.3 + 0.6 t \)

Donde:

  • t = temperatura. (°C)
  • v = velocidad del sonido en el aire. (m/s) :













































Suma de sonidos



La suma de sonidos en acústica se refiere al fenómeno en el cual dos o más ondas sonoras se combinan en el espacio y/o tiempo. Esto puede ocurrir de manera constructiva o destructiva dependiendo de la relación entre las características de las ondas, como su amplitud, frecuencia y fase. La suma de sonidos se genera debido a la superposición de ondas, un principio fundamental de la física de ondas.

¿Por qué se genera la suma de sonidos?

  1. Principio de superposición: Cuando dos ondas se encuentran en el mismo punto del espacio, sus desplazamientos instantáneos se suman. Esto da lugar a un nuevo patrón de onda que resulta de la combinación de las ondas originales.
  2. Interferencia constructiva: Si las ondas tienen frecuencias similares y están en fase (los picos coinciden con los picos y los valles con los valles), las amplitudes se suman, aumentando la intensidad sonora. Este es el caso de la interferencia constructiva.
  3. Interferencia destructiva: Si las ondas tienen fases opuestas (los picos de una coinciden con los valles de la otra), las amplitudes se cancelan parcialmente o completamente, disminuyendo la intensidad sonora. Esto se conoce como interferencia destructiva.
  4. Suma espectral: Cuando los sonidos tienen diferentes frecuencias (como ocurre con fuentes que emiten tonos distintos), el resultado es una combinación que forma un nuevo espectro sonoro. Este fenómeno es común en música y ambientes sonoros complejos.

Ejemplos de la suma de sonidos en la práctica

  • Ecos y reverberación: En espacios cerrados, las reflexiones del sonido se combinan con el sonido directo, produciendo una mezcla de ondas.
  • Ruido ambiental: En ciudades o entornos ruidosos, múltiples fuentes sonoras (tráfico, conversaciones, máquinas) se suman y crean un sonido complejo.
  • Música: En orquestas o mezclas musicales, los sonidos de diferentes instrumentos se combinan para formar un espectro rico.

La suma de sonidos es fundamental para comprender fenómenos acústicos como el diseño de salas, la calidad del audio en sistemas de sonido y los efectos sonoros en grabaciones y producciones.



\(S_{t} = 10 * \log_{10}(10^{x_{1}/10} + 10^{x_{2}/10} + 10^{x_{3}/10} + ...) \)

Donde:

  • \( S_{t} \) = NPS total (dB)
  • \( x_{n} \) = Sonido 'n' (1, 2, 3...)











































Dispersión geométrica



La dispersión geométrica del sonido es un fenómeno relacionado con la forma en que la energía sonora se distribuye en el espacio a medida que las ondas sonoras se propagan desde una fuente. Está asociada con la pérdida de intensidad sonora debido a la expansión del frente de onda en función de la geometría de propagación. Este efecto es independiente de otros factores como la absorción por el medio o las reflexiones en superficies.

Tipos de dispersión geométrica:

  1. Ondas esféricas:Cuando el sonido se emite desde una fuente puntual en un espacio tridimensional, las ondas se expanden en forma de esferas. En este caso, la intensidad del sonido disminuye proporcionalmente al cuadrado de la distancia desde la fuente \(I= 1/r^2 \)
  2. Ondas cilíndricas:En situaciones donde el sonido se propaga en una dirección predominante, como a lo largo de un túnel, las ondas se expanden en forma de cilindros. Aquí, la intensidad disminuye proporcionalmente a la distancia inversa \(I= 1/r \)

Importancia de la dispersión geométrica:

  • Pérdida de energía aparente: Aunque la energía total no se pierde, la intensidad percibida disminuye a medida que se reparte sobre un área mayor.
  • Diseño acústico: Este fenómeno es crucial en ingeniería acústica, ya que afecta el diseño de sistemas de sonido, auditorios y espacios donde se necesita un control preciso de la propagación sonora.
  • Estudios de propagación ambiental: Se utiliza en el modelado del ruido ambiental para evaluar el impacto del sonido en diferentes entornos.

\(S_{r} = 20 * log_{10} (r) + 10.9 - ((t-20)/-120)+((B-1000)/215) \)

Donde:

  • r = Distancia a la fuente -radio- (metros)
  • t = temperatura del aire (°C)
  • B = Presión atmosférica -atmósferas- (bar)











































Reverberación



La reverberación es un fenómeno acústico que ocurre cuando el sonido se refleja en las superficies de un espacio cerrado, causando que las ondas sonoras se repitan y se difundan a lo largo del tiempo. En términos sencillos, es el efecto de eco o "rebote" del sonido que se escucha después de que el sonido original se ha producido.

¿Cómo ocurre la reverberación?

Cuando se emite un sonido en un espacio cerrado, las ondas sonoras viajan y se reflejan en las paredes, el techo, el suelo y otros objetos dentro del espacio. Estas reflexiones llegan al oído después de la onda directa del sonido, y si las reflexiones son lo suficientemente rápidas y numerosas, el oído las percibe como un solo sonido prolongado en lugar de ecos separados.

Características de la reverberación:

  • Duración: La reverberación es más notable en espacios cerrados con superficies reflectantes y grandes, como auditorios o iglesias. En estos espacios, el sonido se "alarga" y la duración de la reverberación puede ser más larga.
  • Intensidad: La intensidad de la reverberación depende de la cantidad de superficies reflectantes y absorbentes en el espacio.
  • Frecuencia: Los materiales y las superficies de un espacio pueden influir en cómo se reflejan las ondas sonoras de diferentes frecuencias. Las frecuencias altas, por ejemplo, pueden ser absorbidas más fácilmente por materiales suaves, mientras que las bajas pueden reflejarse más y durar más tiempo.

Cómo afecta la reverberación en la arquitectura:

  1. Duración de la reverberación: La reverberación prolongada puede hacer que los sonidos se mezclen, dificultando la comprensión del habla o distorsionando la música. Por otro lado, una reverberación demasiado corta puede hacer que el sonido se perciba seco o carente de resonancia, lo que puede restar riqueza a la música o dificultar la percepción de la información hablada.
  2. Efectos en la comodidad y funcionalidad: En ciertos espacios, como auditorios, salas de conciertos o teatros, la reverberación controlada es esencial para lograr una experiencia auditiva agradable y equilibrada. En cambio, en lugares como oficinas, aulas o hospitales, la reverberación excesiva puede interferir con la comunicación, provocando distracción y fatiga auditiva.
  3. Materiales y diseño:
    • Materiales absorbentes: Los materiales que absorben el sonido, como alfombras, paneles acústicos, cortinas gruesas o materiales porosos, pueden reducir la reverberación al evitar que las ondas sonoras se reflejen. Esto es útil en lugares donde se necesita una acústica clara y controlada, como oficinas o aulas.
    • Materiales reflectantes: Las superficies duras, como el vidrio, las superficies de hormigón o el mármol, tienden a reflejar el sonido, lo que puede aumentar la reverberación. Este tipo de superficie es más común en espacios grandes, como auditorios, iglesias, y teatros, donde una reverberación controlada es deseada para mejorar la acústica.
  4. Tiempo de reverberación: El tiempo de reverberación (RT60) es el tiempo que tarda el sonido en disminuir 60 decibelios después de haber cesado la fuente de sonido. Este tiempo varía según el tipo de espacio y su uso. En una sala de conciertos, por ejemplo, un tiempo de reverberación adecuado puede realzar la calidad de la música, mientras que en una sala de conferencias, se busca un tiempo de reverberación más corto para facilitar la comprensión del habla.

Factores que influyen en la reverberación en la arquitectura:

  1. Tamaño y forma del espacio: Las habitaciones grandes o de forma irregular pueden causar que el sonido se refleje de diferentes maneras, lo que afecta el patrón de reverberación. Las paredes paralelas pueden causar reflexiones concentradas que resultan en ecos no deseados.
  2. Distribución de materiales: La combinación de materiales reflectantes y absorbentes en las superficies, el mobiliario y la distribución de objetos dentro del espacio tiene un gran impacto en cómo se comporta la reverberación. El diseño de la superficie del techo y las paredes también influye en cómo las ondas sonoras se dispersan.
  3. Uso del espacio: El tipo de actividad que se realiza en un espacio (hablar, escuchar música, ver una película, etc.) afectará la cantidad de reverberación deseada. Espacios como auditorios requieren una reverberación controlada para la música, mientras que en una oficina o aula se busca reducir la reverberación para favorecer la comunicación clara.

Técnicas de control de la reverberación en la arquitectura:

  1. Paneles acústicos: En las paredes o techos, estos paneles están diseñados para absorber el sonido y reducir la reverberación. Se usan comúnmente en teatros, auditorios y oficinas.
  2. Difusores acústicos: Ayudan a dispersar las ondas sonoras de manera uniforme en lugar de reflejarlas directamente, lo que mejora la claridad sin eliminar completamente la reverberación.
  3. Diseño de superficies no paralelas: Para evitar reflexiones concentradas, los arquitectos pueden diseñar paredes y techos con formas irregulares que dispersan el sonido.
  4. Uso de alfombras y muebles: En espacios como oficinas o salas de conferencias, los muebles blandos y las alfombras ayudan a absorber el sonido, reduciendo la reverberación.

Ejemplos de reverberación en diferentes tipos de espacios:

  1. Auditorios y salas de conciertos: La reverberación controlada es crucial para una experiencia sonora enriquecedora. El diseño de estos espacios toma en cuenta la absorción y reflexión del sonido para optimizar la acústica.
  2. Iglesias y catedrales: Las superficies duras y la altura de estos espacios crean una reverberación natural que contribuye a la atmósfera religiosa, especialmente en la música coral y las voces.
  3. Oficinas y aulas: Se busca minimizar la reverberación para facilitar la comprensión del habla y evitar distracciones.
  4. Cines: El diseño acústico de los cines también considera la reverberación, asegurándose de que el sonido se proyecte de manera clara y envolvente sin distorsión. Es conveniente que los cines sean salas 'secas' puesto que de esta manera se puede emular cualquier espacio mediante el equipo de sonido de la propia sala.











































Eco



En acústica arquitectónica, el eco se refiere a la reflexión de las ondas sonoras que llegan a los oídos después de un tiempo de retraso, debido a la reflexión de esas ondas en superficies distantes. Esto ocurre cuando el sonido rebota en una pared, techo o cualquier otra superficie sólida y vuelve al punto de origen.

Para que se perciba como un eco, el tiempo de reflexión debe ser lo suficientemente largo, generalmente más de 50 milisegundos, ya que si el sonido llega demasiado rápido después de la emisión, se percibe como una reverberación en lugar de un eco. La reverberación es la acumulación de múltiples reflejos sonoros que se superponen, mientras que el eco se escucha como una repetición claramente diferenciada del sonido original.

El eco en un espacio puede ser una característica no deseada, especialmente en lugares como auditorios, teatros o salas de conferencia, donde puede interferir con la claridad del habla o la música. Para reducirlo, se pueden emplear materiales absorbentes, como paneles acústicos, alfombras o cortinas, que ayudan a controlar la reflexión de las ondas sonoras.



\(d = v*0.05 \)

Donde:

  • \( d_{*} \) = Distancia de la superficie reflectante a la fuente (metros)
  • \( v \) = Velocidad del sonido (m/s)