parte 2ª el ruido y los edificios: criterios...

JORNADA SOBRE

“CRITERIOS ACUSTICOS EN EL DISEÑO DE CENTROS

DOCENTES”

PARTE 2ªEl Ruido y los Edificios:

CRITERIOS ACUSTICOS EN EL DISEÑO DECENTROS DOCENTES

Vitoria, 12 de Mayo de 2.001

STEE STEE –– EILAS J EILAS Jornada Criterios Acústicos en el Diseño de Centros Docentesornada Criterios Acústicos en el Diseño de Centros Docentes

Criterios acústicos en el diseño de centros docentesCriterios acústicos en el diseño de centros docentes P á g . P á g . 22 d e 6 2 d e 6 2

I N D I C EI N D I C E

1.- INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................3

2.- CONDICIONES ACÚSTICAS DE UN RECINTO .................................................................................6

3.- NIVELES SONOROS ACEPTABLES EN INTERIORES DE RECINTOS ...................................7

Rango de niveles NC...........................................................................................................................................7

4.- DISTRIBUCIÓN DEL SONIDO EN UN RECINTO..............................................................................8

Reflexión............................................................................................................................................................. 10 Difusión.............................................................................................................................................................. 11 Difracción.......................................................................................................................................................... 11 Reflectores cóncavos........................................................................................................................................ 21

5.- COMPORTAMIENTO DEL SONIDO DENTRO DE UN RECINTO........................................... 37

R=10 LOG WI/WT...................................................................................................................................................54

TL=20· LOG (M· F) - 42 ...........................................................................................................................................55



1 .1 . -- INTRODUCC IÓNINTRODUCC IÓN

La influencia de la acústica en la proyección de edificios se puede observar a lo

largo de los tiempos, desde los anfiteatros romanos hasta las modernas casas

o edificios en los que pasamos nuestras horas de trabajo y ocio. La gran

diferencia, sin embargo, entre la vida de la antigua Roma y la vida en nuestras

ciudades modernas es la presencia de ruido procedente de un número cada

vez mayor de fuentes: vecinos, tráfico, industria….

En consecuencia, la ciencia de la acústica de edificios ya no está limitada al

diseño acústico de teatros, sino que ha aumentado su ámbito para cubrir el

control y la reducción del ruido en todo tipo de edificios.

En general, no es fácil especificar en que consiste la “ b u e n a a c ú s t i c a ”“ b u e n a a c ú s t i c a ”. En

primer lugar, todo depende de la utilidad que se quiera dar al recinto. Los

requerimientos acústicos no son los mismos para una sala de conciertos y

representaciones teatrales o una sala de conferencias, y cuando se quiere

utilizar la misma sala para conciertos y representaciones teatrales, se debe

llegar a un término medio. En segundo lugar, depende de cómo se defina la

acústica del recinto. Un técnico en acústica tratará del t i e m p o d e t i e m p o d e

r e v e r b e r a c i ó n , d i s t r i b u c i ó n s o n o r a , a b s o r c i ó nr e v e r b e r a c i ó n , d i s t r i b u c i ó n s o n o r a , a b s o r c i ó n, etc., en otras palabras,

p a r á m e t r o s o b j e t i v o sp a r á m e t r o s o b j e t i v o s que es posible medir. Un músico o alguien que escucha

una charla en una sala describirá la acústica en términos de definición, claridad definición, claridad

de tono, ca lorde tono, ca lor, etc., en otras palabras parámetros que son subjetivosparámetros que son subjetivos o difíciles

de medir. De hecho, el concepto de “buena acústica” consiste en una

combinación de la mayoría de estos parámetros, tanto objetivos como

subjetivos, considerados de una manera global.



Pero cuando hablamos de condiciones acústicas de un local, no sólo nos

referimos a auditorios, salas de conferencias, teatros, salas de músico; sino

que debemos englobar a todo recinto público (estación de autobuses,

terminales de aeropuerto, ferrocarriles, colegios, oficinas, restaurantes,

gimnasios…) los cuales van a necesitar de unas condiciones acústicas

determinadas.

Cuando una onda sonora choca con las superficies que forman un recinto

parte de su energía se refleja originando un incremento de los niveles sonoros

en el interior del recinto, parte es absorbida en el propio material desaparecido

su energía en forma de calor y el resto consigue traspasar la pared llegando al

recinto contiguo.

Según este principio básico podemos definir dos campos que frecuentemente

se suelen confundir:

• El aislamiento acústico, y

• El acondicionamiento acústico de un recinto.

El aislamiento acústico de un local es el responsable de evitar que la energía

sonora alcance los recintos adyacentes o que el sonido generado en el exterior

u otros recintos adyacentes no interfiera en la actividad del local.

El acondicionamiento acústico de un local mediante el tratamiento de algunas

de sus superficies con materiales absorbentes puede tener algunas de las

siguientes causas:



• Aumentar el confort acústico interno, disminuyendo el ruido de fondo y

mejorando la intimidad.

• Mejorar las condiciones acústicas de sonoridad de un local, a fin de

adecuarlo a unas necesidades específicas según su utilización.

• Proyectar un local donde las condiciones acústicas sean fundamentales y

definitorias de la actividad, como el caso de un teatro, auditorio, estudio de

TV, etc.

Como se puede comprender, el alcance del tratamiento será distinto así como

el número de parámetros y consideraciones técnicas que deban ser apreciadas

en su desarrollo.



2 .2 . -- C O N D I C I O N E S A C Ú SC O N D I C I O N E S A C Ú ST I C A S D E U N R E C I N T OT I C A S D E U N R E C I N T O

Las condiciones acústicas de un recinto están definidas en base a:

! N i v e l e s s o n o r o sN i v e l e s s o n o r o s existentes en el interior del recinto provenientes de

fuentes sonoras interiores (cañerías, vecinos, máquinas…) o exteriores

(tráfico…) que penetran en el recinto por vía aérea o estructural.

! T i e m p o s d e r e v e r b e r a c i ó n .T i e m p o s d e r e v e r b e r a c i ó n .

! D i s t r i b u c i ó n d e l D i s t r i b u c i ó n d e l s o n i d o .s o n i d o .

! I n t e l i g i b i l i d a dI n t e l i g i b i l i d a d de la palabra.

Dependiendo del uso al que destine el recinto, unos de los factores anteriores

serán más prioritarios que otros. Por ejemplo, mientras que en un colegio es

fundamental la inteligibilidad de la palabra, en una sala de conciertos va a ser

más importante la distribución del sonido y los tiempos de reverberación.

Aunque, en el fondo, todos estos parámetros están relacionados de alguna

manera.

Es obvia la necesidad de respetar unos límites sonoros del diseño si queremos

conseguir unas condiciones acústicas favorables.



3 .3 . -- NIVELES SONOROS NIVELES SONOROS ACEPTABLES EN INTERIACEPTABLES EN INTERIORES DE RECINTOSORES DE RECINTOS

Los niveles sonoros de fondo existentes en un local serán función de los focos

sonoros exteriores al recinto y a su aislamiento acústico.

Dependiendo del uso al que se destine un local, es recomendable mantener

unos niveles sonoros de fondo determinados.

A continuación especificamos algunas de las recomendaciones a seguir en

cuanto a estos niveles sonoros en función del uso del local, en términos de las

curvas NC y en nivel sonoro global en dB(A).

R a n g o d e R a n g o d e

niveles NCniveles NC

Nivel global Nivel global

d B ( A )d B ( A )



R a n g o d e R a n g o d e

niveles NCniveles NC

Nivel global Nivel global

d B ( A )d B ( A )

Salas de conciertos, ópera, estudios de grabación,

grandes iglesias, grandes salas de conferencias < 20 < 30

Auditorios pequeños, teatros, clases para ensayo

de música, audiovisuales, oficinas de ejecutivos,

pequeñas iglesias, tribunales de justicia.

20 a 30 30 a 38

Dormitorios, cuarteles nocturnos, hospitales,

residencias, apartamentos, hoteles (para dormir,

descansar, relajación).

25 a 35 30 a 40

Oficinas privadas, salas pequeñas de conferencias,

clases, bibliotecas. 30 a 35 38 a 42

Grandes oficinas, áreas de recepción, almacenes y

tiendas, cafeterías, restaurantes, gimnasios. 35 a 40 42 a 47

Laboratorios, salas de técnicos, áreas de

secretarias, (moderadas condiciones de escucha) 40 a 45 47 a 52

Cocinas, tiendas industriales, salas de

ordenadores (moderadas condiciones de escucha) 45 a 55 52 a 61

Estos niveles considerados aceptables serán garantizados mediante el diseño

adecuado del aislamiento del recinto, que deberá ser contemplado en fase de

proyecto.

4 .4 . -- D I S T R I B U C I Ó N D E LD I S T R I B U C I Ó N D E L S O N I D O E N U N R E C I N T S O N I D O E N U N R E C I N TOO

La distribución del sonido dentro de un recinto va a depender de:



! Foco sonoro: Potencia

Localización

Directividad

! Forma del recinto

! Disposición de los elementos absorbentes y reflectantes

En todo caso serán fundamentalmente los fenómenos de reflexión, junto con la

difusión y difracción los encargados de distribuir el sonido dentro del recinto.



R e f l e x i ó nR e f l e x i ó n

La reflexión es el rebote de una onda sonora al chocar con una superficie. Si

las dimensiones de la superficie x es mayor que dos a cuatros veces la longitud

de onda de la onda sonora, el ángulo de incidencia será igual al ángulo de

reflexión.

Un reflector sonoro efectivo tiene una superficie dura, tal como la escayola,

tablero aglomerado de madera, plástico y posee las dimensiones adecuadas

para reflectar las frecuencias deseadas.

Estos reflectores proporcionan un refuerzo al sonido directo y previenen ecos

del techo.



D i fus iónD i fus ión

La difusión es la disposición de una distribución aleatoria de la onda sonora

desde una superficie. Ocurre cuando las profundidades de los materiales duros

son comparables a la longitud de onda del sonido. La difusión no absorbe

sonido. Sin embargo, la dirección del sonido incidente cambia cuando choca

con un material dispersivo. La difusión es una características fundamental en

recintos usados como salas de práctica de música. Cuando se obtiene una

difusión satisfactoria, la audiencia tendrá la sensación de que sonido viene de

todas direcciones con igual nivel.

D i f r a c c i ó nD i f r a c c i ó n

La difracción es el flujo o el acto de bordear un objeto o a través de una

abertura. Por ejemplo, un camión detrás de un edificio puede ser oído porque

el sonido bordea las esquinas. En auditorios, los paneles suspendidos deben

ser diseñados con sumo cuidado para ser suficientemente largos (ancho y



largo) para reflejar las ondas deseadas porque el sonido puede ser difractado

alrededor de ellos.

Estos fenómenos que aparecen en todo recinto, debido a la presencia de

elementos como paredes y techos, van a crear un campo reverberante (a

diferencia con los teatros al aire libre donde no existen elementos que reflejen

el sonido) que en todo momento va a acompañar al sonido directo.

Una vez que el sonido directo llega al receptor, este vendrá seguido de las

primeras reflexiones (provenientes de las paredes más próximas) que serán las

responsables de aportar por ejemplo, definición y claridad en la música. El

tiempo transcurrido entre la llegada del sonido directo y las primeras

reflexiones deberá ser menor de 30 ms. para unas buenas condiciones de

escucha; en caso contrario las reflexiones se oirán como repetición del sonido

directo creando lo que se denomina “ e c o ”“ e c o ”.



D i a g r a m a d e r a y o sD i a g r a m a d e r a y o s

Los análisis basados en diagramas de rayos pueden ser utilizados para

estudiar el efecto de la forma de la sala en la distribución del sonido y para

identificar las superficies que pueden producir ecos.

El diagrama de rayos es una analogía acústica con la reflexión especular de la

luz donde el ángulo de incidencia del sonido incidente es igual al reflejado. Es

decir, el sonido es reflejado de la misma forma que unas bolas de billar.

Debido a esto, pequeños espejos o papel de plata puede utilizarse con dibujos

arquitecturales (o modelos a pequeña escala) en un recinto oscuro para reflejar

la luz desde una fuente puntual. El modelo de la luz reflejada demuestra,

durante el proceso de diseño, el efecto de la forma de la sala en la distribución

del sonido.

El diagrama de rayos es una buena herramienta para diseño de la forma

óptima de la sala.

Basado en este principio existen modelos informáticos que en fase de diseño

te permiten conocer la distribución del sonido dentro del recinto en función de

la geometría, colocación de la fuente y disposición de los elementos

absorbentes con sus características acústicas de absorción. Esta es una

herramienta muy utilizada hoy en día por los diseñadores acústicos de salas.

Además, ofrecen la posibilidad de cálculo de tiempos de reverberación para

diferentes condiciones de la sala y otra serie de análisis acústicos útiles en el

diseño acústico.


Criterios acústicos en el diseño de centros docentesCriterios acústicos en el diseño de centros docentes P á g . P á g . 11 44 d e 6 2 d e 6 2

Podemos utilizar un diagrama de rayos para estimar en un auditorio los

tiempos entre la llegada del sonido directo y las sucesivas reflexiones. Así, por

ejemplo, en la figura siguiente podemos ver como al receptor le llegará,

después del sonido directo, la reflexión proveniente de la pared lateral, en

segundo lugar la proveniente del techo y la tercera proveniente de la parte

trasera del escenario, y así sucesivamente.



En base al camino recorrido por el rayo según las leyes de reflexión, y

conociendo la velocidad del sonido en el aire, se puede calcular el tiempo que

tardan en llegar las distintas reflexiones al receptor y plasmarlo en el siguiente

diagrama.



Es importante la localización y prevención de ecos y formación de ondas

estacionarias.



E C O SE C O S

Un eco es la repetición de un sonido original suficientemente alto para ser

escuchado claramente por encima de la reverberación y el ruido de fondo. Para

la palabra hablada, los ecos pueden ser percibidos cuando los intervalos de

tiempo entre el sonido directo y reflejado son mayores de 60 ms. Las

superficies potenciales productoras de ecos deben ser tratadas con materiales

absorbentes o confromadas de forma adecuada según se muestra en el

esquema: la parte frontal del techo es rebajada para reducir las reflexiones

tardías y reorientada para proporcionar reflexiones útiles a la parte trasera de

la audiencia.

La pared del fondo puede producir ecos o reflexiones no queridas en salas

medianas y grandes. Debajo mostramos tres soluciones para controlar los

ecos: superficies perforadas altamente transparentes a las ondas sonoras



pueden utilizarse para proporcionar tratamiento absorbente, o tratamiento

difusor de sonido (superficies curvas).

ONDAS E ST AC IONAR IASONDAS E ST AC IONAR IAS



Es otro de los fenómenos junto con el eco originado por la continua repetición

del sonido entre paredes paralelas o cóncavas reflectantes.

Puede ser prevenido cambiando la forma de la pared o colocando material

absorbente.

También, a veces aparece con paredes no paralelas como en el dibujo

siguiente.



F O R M A D E L R E C I N T OF O R M A D E L R E C I N T O

Los teatros griegos (construidos hace muchos años) estaban construidos en

zonas tranquilas (colinas). Eran espacios al aire libre donde la audiencia se

distribuía de forma circular en torno al escenario. De esta forma estaban lo

más próximo posible al foco sonoro y por tanto, la reducción de la energía

sonora con la distancia era mínima.

Al mismo tiempo, los asientos se disponían en gradas para tener buena

visibilidad del escenario alejadas del foco sonoro.

Este efecto se puede paliar mediante el diseño adecuado de paredes y techos u

otros tipos de elementos que mediante la reflexión, dispersión o difracción

distribuyan el sonido hacia la audiencia de manera uniforme.



M o d e l o s d e s o n i d o r e f l e j a d oM o d e l o s d e s o n i d o r e f l e j a d o

Podemos observar en los dibujos la efectividad en reflejar sonido de

superficies cóncavas, planas y convexas. La sombra indica el modelo de

distribución de la energía reflejada para reflactores de longitud equivalente.

R e f l e c t o r e s c ó n c a v o sR e f l e c t o r e s c ó n c a v o s

Los reflectores cóncavos tal como techos en forma de cúpula, bóvedas en

iglesias, paredes curvas en auditorios, pueden concentrar el sonido, causando

ecos en el área de audiencia y enmascaramiento. Son pobres distribuidores del



sonido y por tanto deben ser evitados donde se requiera superficies para

reflectar sonido (cerca del escenario, u otras localizaciones).

Los techos cóncavos (cúpulas) y paredes cóncavas generalmente requieren de

tratamiento para evitar las reflexiones de sonido que producen una falta de

inteligibilidad del sonido directo. Estas formas cóncavas originan una

concentración del sonido en ciertas áreas o a veces dan lugar a sonido

reflejado a través de ciertas superficies cóncavas con lo que se consigue el

efecto de que niveles bajos de voz pueden ser escuchados en distancias

grandes del recinto (“ e f e c t o d e g a l e r í a s u s u r r a n t e ”“ e f e c t o d e g a l e r í a s u s u r r a n t e ”).

Debajo podemos observar algunos problemas y sus respectivas soluciones. La

concentración de energía es más efectiva en frecuencias bajas debido a que la

mayoría de materiales son más absorbentes en altas frecuencias.



T e c h o sT e c h o s

La forma del techo y la altura dependerán en cada caso del fin de la sala. Por

ejemplo, el techo plano totalmente reflectante mostrado debajo ofrece

reflexiones sonoras que cubren totalmente el área de la audiencia en la sala de

conferencias. Las reflexiones sonoras útiles para discursos son aquellas que

vienen de la misma dirección de la fuente con un retraso menor de 30 ms. Sin

embargo, reorientando cuidadosamente el techo, según se muestra en la

ilustración, las reflexiones pueden aumentar de forma que la mitad trasera de

los asientos reciban reflexiones de ambos paneles del techo.



Para salas de conciertos donde se necesitan tiempos de reverberación altos, se

prefieren techos altos y las paredes deberán ser reflectantes.



P a r e d e s l a t e r a l e sP a r e d e s l a t e r a l e s

Las plantas semicirculares con forma de abanico no proporcionan reflexiones

laterales tempranas fuertes porque las paredes laterales están demasiado

lejos. A menos que se utilicen reflectores en el techo, la música sonará distante

y fuera de tono. La forma en abanico invertida puede proporcionar mejores

resultados.



T I E M P O S D E R E V E R B E R A C I Ó NT I E M P O S D E R E V E R B E R A C I Ó N

Debajo mostramos algunos ejemplos de decaimiento de sonido en un recinto

pequeño y otro grande.



Para determinar el tiempo de reverberación en un recinto se introduce una

fuente de ruido (bien ruido en banda ancha emitido por un altavoz, o bien un

ruido impulsivo como explotar un globo o un disparo de pistola) y se registra

el tiempo que tarda en caer 60 dB una vez la fuente a cesado.

Podemos representar gráficamente la caída en función del tiempo en cada

banda de frecuencia. Este sirve de gran ayuda al diseñador experimentado en

nociones de acústica. Por ejemplo, puntas en la curva de caída indican

presencia de ecos, pendientes dobles indican existencia de resonancias en el

recinto o recintos acoplados.



Dependiendo del uso al que se destine el local, el tiempo de reverberación será

distinto: para música de órgano y coros se requiere tiempos de reverberación

largos; para ópera, comedias, música de cámara y sermones, tiempos de

reverberación medianos y para charlas o conferencias, estudios de grabación

se requieren tiempos de reverberación mucho más reducidos. En todo caso, los

tiempos de reverberación son mayores a medida que las dimensiones del

recinto aumentan (según la conocida fórmula de Sabine).

Una vez conocido el uso al que se destina el recinto, debemos adoptar como

nivel de diseño el tiempo de reverberación adecuado al mismo.

Para disminuir los tiempos de reverberación en un local se deberá introducir

material absorbente de forma que disminuyan las reflexiones y por tanto el

campo reverberante. Viceversa, para aumentar el tiempo de reverberación se

deberá evitar materiales absorbentes y colocar mayores reflectores sonoros.

Los cálculos de la cantidad de material absorbente necesaria para obtener un

tiempo de reverberación específico se pueden efectuar siguiendo las

ecuaciones tradicionales desarrolladas por Sabine, Eyring, etc., para cada caso

específico. Pero, estas ecuaciones, aunque te proporcionan la cantidad de

material necesaria, no estiman el beneficio obtenido con la diferente

colocación del material absorbente.

Por esto y más aún en los casos en que las salas no están construidas, se

tiende a utilizar cada vez más los métodos de cálculo informáticos basados en

trazado de rayos que muchas veces sustituyen a los clásicos modelos a escala

reducida que en muchas ocasiones suponen un coste elevado.



Además de depender del volumen de la sala, los tiempos de reverberación

también dependen de la frecuencia, que a su vez dependerá de las

características absorbentes de los materiales empleados.

En el siguiente cuadro damos una referencia aproximada de la sensación

producida por reverberación excesivamente corta y excesivamente larga en

frecuencias bajas y altas.



S o n i d oS o n i d o R e v e r b e r a c i ó nR e v e r b e r a c i ó n R e v e r b e r a c i ó nR e v e r b e r a c i ó n S ensac i ónSensac i ón

Frecuencias bajasFrecuencias bajasf r e c u e n c i a s a l t a sf r e c u e n c i a s a l t a s

Palabra Exc. Larga Exc. Larga Difusa, difícil de

entender

Exc. Larga Exc. Corta Mate, apagada, pero se

entiende

Exc. Corta Exc. Larga Estridente, aguda, a

veces

como un cuchicheo: se

entiende mal.

Exc. Corta Exc. Corta Seca, pero se entiende

bien

Música Exc. Larga Exc. Larga Difusa

Exc. Larga Exc. Corta Demasiado confusa, a

veces temblona

Exc. Corta Exc. Larga Aguda hasta la

estridencia

Exc. Corta Exc. Corta Seca, sin fuerza ni gracia

INTEL IG I B I L IDADINTEL IG I B I L IDAD

La palabra transmitida a través de una sala por una persona o un sistema de

megafonía nunca se recibe en la posición de escucha como una réplica exacta

de la señal original. No sólo se añade ruido de fondo, sino que la señal está

también distorsionada por las propiedades reflectantes y reverberantes de la



sala. A menudo, una consecuencia directa de estas distorsiones es una

reducción de la inteligibilidad de la palabra.

Para mejorar la inteligibilidad, las personas que hablan suelen adaptar su

discurso de forma apropiada para la sala, hablando despacio en una sala muy

reverberante, o en voz alta en una sala muy absorbente. Sin embargo, en

algunas situaciones, como cuando se hace un anuncio por un sistema de

megafonía, los oradores no pueden ajustar su discurso. El resultado, es a

menudo, un anuncio ininteligible.

Cuantificando la inteligibilidad de la palabra y midiéndola en una sala se

conoce el grado de tratamiento acústico que se requiere para solventar tales

problemas. Los remedios típicos para mejorar la claridad de la palabra

incluyen:

! Refuerzo del sonido en los auditorios

! Reducción de los tiempos de reverberación

! Prevención de ecos

! Optimización de sistemas de megafonía

! Atenuando del ruido de fondo

La inteligibilidad es una respuesta subjetiva, por lo que se puedemedir examinando el número de palabras, fonéticamente sin sentido,correctamente anotadas por unequipo de oyentes previamented d l d



Debido a los inconvenientes de este método por la necesidad de contar con

personas adiestradas y disponibles, el tiempo necesario, la subjetividad de

resultados, etc., se ha intentado mejorar este sistema de evaluar la

inteligibilidad.

A lo largo de los tiempos se han venido desarrollando diferentes índices más o

menos objetivos para definir la inteligibilidad. Entre ellos está el Psil, STI y el

más reciente y utilizado RASTI.

El índice RASTI es un índice rápido de transmisión de la palabra que se basa en

un sistema transmisor-receptor. El transmisor RASTI genera ruido rosa en las



bandas de octava de 500 y 2000 Hz. para simular el espectro de un discurso

largo. Este ruido está modulado sinusoidalmente por varias frecuencias

simultáneamente, representando las modulaciones que se encuentran en la

conversión normal. Este transmisor emite con las características de

direccionalidad que se medirán a 1m. de la boca de la persona que habla.

El receptor RASTI recoge la señal transmitida mediante un micrófono y es

analizada por el mismo receptor. El índice RASTI (entre 0 y 1) aparece en poco

tiempo en el display del receptor.



El método RASTI identifica áreas de poca inteligibilidad en un recinto con la

ventaja de ser bastante rápido, pudiéndose representar gráficamente

contornos de igual inteligibilidad o contornos iso-RASTI.

Las aplicaciones de este método de evaluación de inteligibilidad son:

! Estudios de grabación

! Salas de conferencias

! Teatros

! Iglesias

! Colegios

! Aviones

! Coches

! Habitaciones

! Aeropuertos

! Vehículos militares

! Instalaciones industriales



! Polideportivos, gimnasios…

! Oficinas

! Restaurantes



5 .5 . -- COMPORTAMIENTO DCOMPORTAMIENTO DEL SONIDO DENTRO DE EL SONIDO DENTRO DE UN RECINTOUN RECINTO

Cuando las ondas sonoras chocan con las paredes de una habitación, parte de

la energía se absorbe y transmite y parte se refleja y vuelve a la habitación.

Los niveles sonoros en una habitación pueden reducirse mediante el uso de un

tratamiento de absorción acústica, tal como alfombras, cortinas, techos

absorbentes.

En la habitación mostrada debajo sin tratamiento acústico, los trabajadores

oyen directamente la energía sonora proveniente de los ordenadores, así como

la energía sonora reflejada proveniente de las paredes, techo, …, etc. Si

colocamos material absorbente en la habitación, los trabajadores oirán menos

ruido porque la energía sonora reflejada ha sido reducida. Sin embargo, el

nivel sonoro cerca del ordenador permanecerá inalterable debido a que es

primordialmente sonido directo.



ATENUAC IÓN SONORA EN EXTER IORES Y EN INTER IORESATENUAC IÓN SONORA EN EXTER IORES Y EN INTER IORES

C a m p o l i b r eC a m p o l i b r e

Condiciones de campo libre aparecen cuando las ondas sonoras están fuera de

la influencia de superficies reflectantes (áreas abiertas de campo, cámara

anecoica). Bajo condiciones de campo libre, la energía sonora proveniente de

fuentes puntuales (sirenas, tubos de escape) se propagan esféricamente y

disminuyen 6 dB al doblar la distancia. Las fuentes lineales, como por ejemplo

una carretera, consisten en un conjunto de fuentes puntuales. La energía



sonora de fuentes lineales se propaga cilíndricamente, no esféricamente, y

disminuye sólo 3 dB cada vez que doblamos la distancia al foco sonoro.

C a m p o R e v e r b e r a n t eC a m p o R e v e r b e r a n t e

En recintos cerrados, la energía sonora disminuye según las condiciones de

campo libre sólo cerca de la fuente. Debido a que las superficies de la

habitación reflejan el sonido, existirá pequeña reducción sonora con la

distancia (llamado campo reverberante). Cuando mayor absorción haya en la

habitación, menor será el incremento de energía en el campo reverberante.

Según se ve en el gráfico siguiente, el incremento de energía será mayor para

el CASO 2 que para el CASO 1 debido a la gran cantidad de absorción.



E F E C T O D E A Ñ A D I R T R A T A M I E N T O A B S O R B E N T EE F E C T O D E A Ñ A D I R T R A T A M I E N T O A B S O R B E N T E A UNA SALA A UNA SALA

El colocar absorción acústica en el techo de una sala pequeña (menor de 150

m2) puede reducir los niveles del campo reverberante en 10 dB según se

muestra en la figura. Sin embargo, cerca de la fuente, la reducción será

únicamente del orden de 3 dB. Si el techo y todas las paredes son tratadas con

material absorbente, el nivel sonoro disminuirá en el campo reverberante una

cantidad adicional de 6 dB, pero los niveles cerca de la fuente no estarán

afectados. Debemos notar que no se obtiene ninguna reducción adicional al

añadir más tratamiento absorbente. En este ejemplo, la habitación estaba

rodeada de material totalmente reflectante en un principio y tenía pocos

objetos para absorber el sonido. Por tanto, una reducción de 6 dB a 8 dB en la

sala reverberante es el límite superior para espacios amueblados de

comparable tamaño.



C O E F I C I E N T E D E A B S O R C I Ó N S O N O R AC O E F I C I E N T E D E A B S O R C I Ó N S O N O R A

La efectividad de un material acústico ante la absorción viene expresado por su

c o e f i c i e n t e d e a b s o r c i ó nc o e f i c i e n t e d e a b s o r c i ó n denominado como α. Este coeficiente describe la

fracción de energía sonora incidente que ese material absorbe. Teóricamente,

este coeficiente puede variar desde 0 (no se absorbe nada de energía) hasta 1

(toda la energía sonora incidente es absorbida). Estos coeficientes se obtienen

mediante test en laboratorios o se estiman a partir de medidas en salas

terminadas.



L a a b s o r c i ó n t o t a lL a a b s o r c i ó n t o t a l de una habitación se puede encontrar a partir de la

expresión:

a = a = ΣΣ S S ii · · αα ii

donde: aa es la absorción total de la sala (sabins)

SS ii es el área de cada superficie de la sala



αα i i es el coeficiente de absorción de cada superficie a una

frecuencia determinada

La unidad de absorción, S a b i n m é t r i c oS a b i n m é t r i c o, representa una superficie capaz de

absorber sonido igual que una superficie de 1 m2 perfectamente absorbente,

por ejemplo, una ventana abierta.

El coeficiente de absorción depende no solamente del material, sino también

de la frecuencia y del ángulo de incidencia.

Generalmente se presenta en tablas o en forma de gráfico. El coeficiente de

absorción que hacen referencia normalmente los catálogos comerciales es el

medido en cámaras reverberantes. Este método está perfectamente

especificado en normas. Hay que recalcar que los niveles de coeficientes de

absorción obtenidos con diferentes técnicas, también son diferentes.

Los coeficientes de absorción de los materiales de construcción habitualmente

utilizados varían desde 0,01 hasta 0,99. Sin embargo, los tests de laboratorio

algunas veces obtienen coeficientes mayores de la unidad. Esta aparente

imposibilidad puede ocurrir debido a las peculiaridades de los métodos de

ensayo y difracción de la energía sonora.

Los materiales con coeficientes de absorción medios y altos (> 0,5) se

denominan absorbentes; cuando el coeficiente de absorción es bajo (< 0,2) se

denominan reflectantes.



A P L I C A C I O N E S D E L O S M A T E R I A L E S A B S O R B E N T E S A C Ú S T I C O SA P L I C A C I O N E S D E L O S M A T E R I A L E S A B S O R B E N T E S A C Ú S T I C O S

C o n t r o l d e R e v e r b e r a c i ó nC o n t r o l d e R e v e r b e r a c i ó n

Los materiales absorbentes sonoros pueden ser utilizados para controlar la

reverberación de forma que la palabra no sea ininteligible. Cuanto mayor sea

el volumen de la habitación, mayor será la reverberación porque las ondas

sonoras encontrarán superficies con las que chocar menos frecuentemente que

en recintos pequeños. Cada vez que doblamos la cantidad total de absorción

en una habitación, el tiempo de reverberación se reduce a la mitad. La

absorción sonora puede hacer que el sonido parezca venir directamente de la

fuente sonora en vez de venir de cualquier lugar de la habitación. Por ejemplo,

en sitios de recreo, es importante que las instrucciones y señales de aviso sean

identificadas del lugar donde provienen.

R e d u c c i ó n S o n o r a e n S a l a sR e d u c c i ó n S o n o r a e n S a l a s

Cuando se utiliza correctamente, los materiales absorbentes pueden ser

efectivos controlando el ruido en el interior de la sala. Sin embargo, tiene una

limitada aplicación para el control de ruido y no es la panacea para todos los

problemas acústicos. Por ejemplo, cada vez que se dobla la cantidad de

absorción en una sala, el nivel de ruido se reduce a 3 dB.

C o n t r o l d e E c oC o n t r o l d e E c o

Los materiales absorbentes pueden ser utilizados para controlar ecos

(usualmente simultáneamente con el control de reverberación). Ecos son



reflexiones distintas de suficiente nivel sonoro para ser oídas con claridad por

encima de la reverberación general como una repetición del sonido original.

D I STR I BUC IÓN SONORA Y REDUCC IÓN DEL RU IDO EN UNA SALAD I STR I BUC IÓN SONORA Y REDUCC IÓN DEL RU IDO EN UNA SALA

Cuando una fuente sonora omnidireccional emite en condiciones de campo

libre, el nivel de presión sonora creado varía según la Ley del inverso de los Ley del inverso de los

c u a d r a d o sc u a d r a d o s.

Pero, si bien es cierto que esta ley es de suma importancia en la práctica, serán

muchas las ocasiones en las que la fuente sonora estará encerrada en un

recinto.

En estos casos, sabemos que podemos dividir el campo sonoro en campo

próximo, donde se debe evitar hacer medidas pues las relaciones entre presión

e intensidad no son simples, y el campo lejano que puede ser descompuesto

en campo libre (donde se cumple la ley del inverso de los cuadrados) y campo

reverberante (donde predominará la energía sonora procedente de las

múltiples reflexiones).

Matemáticamente, el nivel de presión sonora producido por una fuente sonora

omnidireccional en un recinto con coeficiente de absorción promedio α, está

dado por la ecuación:



++=

rrLogLwLp

4

4

110

2π

donde:

Lp es el nivel de presión sonora en un punto

Lw es el nivel de potencia sonora del foco

r representa la distancia entre la fuente y el punto donde se calcula el Lp

R = S·α/(1-α) siendo S la superficie total del cuarto y α el coeficiente

medio calculado como la suma de cada superficie por su coeficiente de

absorción y dividido entre la superficie total del recinto.

La permanencia de sonido en un recinto cerrado es debido a las repetidas

reflexiones del sonido con las paredes de la sala. Este nivel de sonido

reverberante está afectado por el tamaño de la sala y la cantidad de absorción

dentro de la habitación. La diferencia en dB en los niveles sonoros

reverberantes, o reducción sonora, bajo dos condiciones de absorción acústica

puede ser obtenido como sigue:

=

1

2

10a

aLogNR

donde:



NR es la reducción sonora en dB

a2 es la absorción total después del tratamiento

a1 es la absorción total antes del tratamiento

La carta presentada abajo también puede ser utilizada para determinar la

reducción del nivel sonoro reverberante dentro de un recinto cerrado debido al

cambio de absorción total.

Por ejemplo, si la cantidad total de absorción en un recinto se incrementa de

700 a 2100 sabins, la reducción en el campo reverberante NR será de unos 5

dB. Ya que las eficacias de absorción varían con la frecuencia, el valor NR

puede ser calculado para todas las frecuencias para las cuales el coeficiente de

absorción es conocido.

R e d u c c i ó n e n e l n i v e l s o n o r o r e v e r b e r a n t e ( d B )R e d u c c i ó n e n e l n i v e l s o n o r o r e v e r b e r a n t e ( d B )

R e l a c i ó n e n t r e l a a b s o r c i ó n t o t a l ( aR e l a c i ó n e n t r e l a a b s o r c i ó n t o t a l ( a22 / a/ a 11 ))

El valor NR es la reducción en el n ive l sonoro reverberanten ive l sonoro reverberante. Esto no afecta el

nivel sonoro muy cerca del foco sonoro dentro del recinto. También, según se

indicó en la carta, una reducción en el nivel reverberante de 10 dB (un



incremento en la absorción de mayor de 10 veces el valor inicial antes del

tratamiento) es el límite superior para la mayoría de las situaciones.



FUNDAMENTOS DEL A I S LAM I ENT O DEL SON IDOFUNDAMENTOS DEL A I S LAM I ENT O DEL SON IDO

Podemos demostrar de una manera sencilla los principios del aislamiento del

sonido utilizando un ejemplo con el timbre que aparece en el esquema

siguiente.



Sin ningún tipo de aislamiento, el timbre origina 70 dB a unos metros de

distancia.



Si bordeamos el timbre con un material de baja densidad tipo fibra de vidrio, el

ruido transmitido se reduce en 3 dB. Los absorbentes porosos son unos

aislantes muy pobres pues las moléculas de aire pueden pasar a través de él.

Por sí solos, actúan como esponjas: absorben el sonido pero no evitan su

transmisión.

Cuando encapsulamos el timbre con un contrachapado de madera de un cierto

espesor con un sellado adecuado de los bordes, el ruido se reduce en 28 dB,

de 78 dB en el interior (donde existe un incremento de 8 dB debido a las

reflexiones del sonido con las paredes) a 50 dB en el exterior del

encapsulamiento. Este es un cambio tremendo en el nivel sonoro. Este

encapsulamiento a base de contrachapado de madera es un aislante eficaz

porque es sólido, tiene suficiente masa y presenta los bordes sellados

adecuadamente. El sellado de juntas es esencial porque incluso una pequeña

abertura puede incrementar de forma notoria el sonido transmitido.

Si, además, en el interior de encapsulamiento colocamos un material

absorbente como el primero (fibra de vidrio), el ruido se reduce en 29 dB. Sin

embargo el ruido en el exterior es de 43 dB porque el material absorbente

colocado en el interior del encapsulamiento evita reflexiones en el interior y

por tanto reduce el nivel interior en 6 dB respecto a la situación anterior.

V i b r a c i ó n d e E l e m e n t o s C o n s t r u c t i v o sV i b r a c i ó n d e E l e m e n t o s C o n s t r u c t i v o s

Cuando una onda sonora choca contra un elemento constructivo, tal como una

pared, techo o suelo, produce un movimiento de vaivén. La magnitud de este

movimiento o vibración depende del peso (masa) del elemento: cuanto mayor



sea la masa mayor será la resistencia al movimiento y menor será la energía

sonora transmitida.

Además del peso, existen otros factores que afectan al movimiento de la

pared. Por ejemplo, pueden aparecer ciertas frecuencias naturales (también

llamadas “ f r e c u e n c i a s f a v o r i t a sf r e c u e n c i a s f a v o r i t a s”) para las ondas de flexión dependiendo de la

rigidez de la construcción.

Las ondas de flexión son similares al movimiento ondulatorio en una cuerda

cuando es agitada por un extremo.

Cuando estas ondas son excitadas por la energía sonora que incide en la

pared, la resistencia a la transmisión se reduce de forma muy importante,

fenómeno denominado e f e c t o d e c o i n c i d e n c i ae f e c t o d e c o i n c i d e n c i a.

E f e c t o s d e l a r i g i d e z e n l a p é r d i d a p o r t r a n s m i s i ó nE f e c t o s d e l a r i g i d e z e n l a p é r d i d a p o r t r a n s m i s i ó n

La rigidez del elemento constructivo influye de una manera importante, al igual

que la masa, en su comportamiento ante la onda sonora. Por ejemplo, si

presentamos en el gráfico la pérdida por transmisión de dos elementos de

igual masa, según la ley de masa, la curva del aislamiento por transmisión

debiera ser idéntica. Sin embargo, el elemento con las ranuras, que posee

menos rigidez, tiene un aislamiento mucho mayor, especialmente en medias y

altas frecuencias.

Según se observa en este gráfico, el efecto de coincidencia puede causar

disminuciones mayores de 15 dB en materiales rígidos causado por la



alteración de las ondas de flexión que han sido excitadas por la energía

sonora.

Pérdida por transmisión de dos elementos con igual masa pero diferente Pérdida por transmisión de dos elementos con igual masa pero diferente

r i g i d e z .r i g i d e z .

INDICE DE REDUCCIÓN SONORA DE UN ELEMENTO CONSTRUCTIVOINDICE DE REDUCCIÓN SONORA DE UN ELEMENTO CONSTRUCTIVO

El aislamiento sonoro aéreo proporcionado por una pared se expresa en

términos del Indice de Reducción Sonora RIndice de Reducción Sonora R o también designado como Pérdida Pérdida

p o r T r a n s m i s i ó n T Lp o r T r a n s m i s i ó n T L (transmisión loss) que es la relación en dB de la potencia

sonora incidente en la pared y la potencia sonora transmitida a través de la

pared.

El índice de reducción sonora depende de la frecuencia y del ángulo de

incidencia del sonido emitido. Este índice se utiliza en medidas de laboratorio.



R = 1 0 l o g W i / W tR = 1 0 l o g W i / W t

W iW i: Potencia Incidente sobre la pared.

W tW t: Potencia Transmitida a través de la pared.

ττ = Wt/Wi es el coeficiente de transmisión.

Los materiales, según su comportamiento ante las ondas sonoras pueden

clasificarse en materiales rígidos y materiales flexibles.

Son materiales rígidos aquellos de densidad superior a la unidad,

impermeables al aire, normalmente homogéneos como el acero, plomo,

contrachapado, pared de obra de fábrica, de hormigón, etc.

Son materiales flexibles, porosos, absorbentes, aquellos de poca densidad

tales como paneles de fibra de vidrio, de roca, corcho, plásticos expandidos,

etc.

Los materiales rígidos siguen la ley teórica en cuanto a su comportamiento

aislante al sonido incidente, conocida por Ley de Masas.

El enunciado de la L e y d e M a s a s L e y d e M a s a s es:



TL=20·log (M·f) TL=20·log (M·f) -- 42 42

Como conclusiones del análisis de esta ley podemos decir:

• Al aumentar al doble la frecuencia de excitación del paramento se aumenta

en 6 dB el aislamiento.

• Al aumentar al doble la masa superficial del paramento se aumenta en 6 dB

el aislamiento.

• Esta ley se cumple sólo en un margen de frecuencias distinto para cada

material, y conocido como zona de masa controlada.

Pero, la determinación del aislamiento real de una partición es un factor mucho

más complejo que lo hasta aquí definido, y viene gobernado por una serie de

parámetros que actúan con base y magnitud diferente, función de multitud de

factores.

Los parámetros que mayor influencia tienen en el aislamiento de una partición

son la Masa, la Rigidez, las Resonancias, los efectos de Coincidencia y la Masa, la Rigidez, las Resonancias, los efectos de Coincidencia y la

E s t a n q u e i d a dE s t a n q u e i d a d.

Para una pared sólida homogénea, la curva del índice de reducción sonora es

función de la frecuencia y se puede dividir en varias zonas según qué

propiedad de la pared tiene más influencia sobre la reducción sonora.



La representación gráfica real de la Ley de Masas es algo semejante a lo que se

indica en la figura siguiente

El ancho de banda de respuesta de aislamiento según la Ley de Masas para una

partición se puede dividir en tres zonas más o menos rígidas en cuanto a su

separación e interpretación:

ZONA I: El aislamiento es controlado por la rigidez de la partición y por

las resonancias de éstas.

ZONA II: El aislamiento es controlado por la Ley de Masas. Esta zona está

comprendida entre las más altas frecuencias de resonancias del

panel y la frecuencia mitad de la frecuencia crítica del mismo

aproximadamente.



ZONA III: El aislamiento está muy influenciado por el amortiguamiento

interno de la partición.

P a r e d e s d o b l e sP a r e d e s d o b l e s

Una pared doble está constituida por dos paredes simples separadas por un

espacio relleno o no de un material absorbente.

El fenómeno de transmisión a través de esta estructura ocurre de la siguiente

manera:

Cuando un sonido incidente es paralelo a la pared sobre la que incide, el panel

se excitará con un movimiento idéntico de conjunto. Si el frente de ondas es

oblicuo, el panel es el centro de ondas de flexión. Esta pared transmite al aire

situado detrás una agitación periódica que ataca al segundo panel. Este

segundo panel es también el centro de las ondas de flexión y transmite un

sonido al aire del medio receptor.

Si la frecuencia del sonido incidente con la frecuencia crítica de uno de los

paneles, éste resulta fuertemente agitado y la pared doble presenta un defecto

importante de aislamiento para esta frecuencia.

Si los dos paneles tienen frecuencias críticas diferentes, la curva da un TL de

debilitamiento en función de la frecuencia, presentando dos defectos; estos

defectos son menos importantes que en una pared simple ya que si un panel

no aisla, el otro sí aisla.



Si los dos paneles poseen la misma frecuencia crítica, vibran al unísono y se

reproduce la resonancia acusándose mucho el defecto de aislamiento.

Por tanto, para conseguir un buen aislamiento acústico, será necesario utilizar

siempre dos materiales de masa y de rigidez diferentes, de tal forma que los

dos paneles tengan diferente frecuencia crítica.

El espacio vacío comprendido entre las dos paredes asegura una ligazón

elástica entre ellas, la cual será tanto más pequeña cuanto mayor es la

distancia entre éstas. Este sistema de pared doble tiene su analogía mecánica

en un sistema compuesto por dos masas unidas por un resorte.

Este sistema masas-muelle posee una frecuencia de resonancia función de las

masas, de la constante del resorte y de la distancia de separación entre ambas

paredes, fundamentalmente.

Si el espacio entre ambas paredes está o no relleno de material absorbente va

a influir fundamentalmente en la constante característica del hipotético muelle.



La frecuencia de resonancia de la pared doble, para cámaras de aire vacías, es

decir, sin material absorbente viene dada por la expresión:

= +21

11·

1·840

mmdfo

donde d es la distancia entre paneles en cm. y

m1 y m2 es la masa superficial de cada uno de ellos en kg/m².

Cuando la cámara de aire está rellena de material absorbente la frecuencia de

resonancia del sistema puede estimarse aproximadamente en 0,85 f0 (según

Beraneck).

El comportamiento al aislamiento acústico de una pared doble es similar a la

respuesta de un sistema masa-resorte al ser excitado.

Para frecuencias inferiores a la frecuencia de resonancia de la pared doble fo, el

resorte prácticamente no tiene eficacia y ocurre todo como si hubiese una

ligazón rígida entre dos paneles, esto es, el aislamiento del conjunto es similar

al de una pared simple de masa suma de las dos masas de las paredes

simples.

Para una frecuencia de excitación igual a la frecuencia de la pared doble, el

aislamiento del conjunto es muy inferior al de una pared simple de la masa

suma de ambas paredes.



Si la cavidad entre ambas paredes está rellena de material absorbente, la

desviación del aislamiento en esta zona es inferior, es decir, el defecto de

aislamiento en la zona de resonancia es muy reducido.

A partir de la frecuencia de resonancia el aislamiento de la pared doble

empieza a aumentar con una pendiente mayor que la de la pared simple a

razón de 12 dB/octava.



La representación gráfica de lo expuesto se da en la figura siguiente.



REFERENC IASREFERENC IAS

[1] M. David Egan: “Architectural Acoustics”. McGraw-Hill Book Company.

[2] Pedro Flores Pereita: “Acústica Ruidos y Vibraciones”. Ediciones GYC.

[3] Leo L. Beraneck: “Noise & Vibration Control”. Ed. McGraw Hill. 1988.

[4] M. Recuero: “Ingeniería Acústica”. E.U.I.T. Telecomunicación. Madrid.

1990.

[5] Lord, Gatley y Evensen. Noise Control for Engineers. Ed. Krieger. 1980.

[6] Brüel & Kjaer: “Noise Control. Principles and Practice”.

[7] Ford & Lord: “Problems of partition design”. J.A.S.A., 43. 1968, pp.

1.062-1.068.

[8] Cyril M. Harris: “Handbook of noise and vibration control”. McGraw-Hill

Book Company.

[9] A. Bakke: “Calculation method for the transmission loss of single double

and triple partitions”.

[10] J.E. Moore: “Design for Good Acoustics and Noise Control”. Macmillan

Education LTD-1988.

parte 2ª el ruido y los edificios: criterios...

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