12/11/2016
AcĂşstica
Jhon Carieles
Acústica La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no pueden propagarse en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica. La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), o 1235 km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).
Acústica Historia La acústica tiene su origen en la Antigua Grecia y Roma, entre los siglos VI a. C. y I d. C. Comenzó con la música, que se venía practicando como arte desde hacía miles de años, pero no había sido estudiada de forma científica hasta que Pitágoras se interesó por la naturaleza de los intervalos musicales. Quería saber por qué algunos intervalos sonaban más bellos que otros, y llegó a respuestas en forma de proporciones numéricas. Aristóteles (384 a 322 a. C.) comprobó que el sonido consistía en contracciones y expansiones del aire «cayendo sobre y golpeando el aire próximo», una buena forma de expresar la naturaleza del movimiento de las ondas.
Alrededor del año 20 a. C., el arquitecto e ingeniero romano Vitrubio escribió un tratado sobre las propiedades acústicas de los teatros, incluyendo temas como la interferencia, los ecos y la reverberación; esto supuso el comienzo de la acústica arquitectónica. La comprensión de la física de los procesos acústicos avanzó rápidamente durante y después de la Revolución Científica. Galileo (1564-1642) y Mersenne (1588-1648) descubrieron de forma independiente todas las leyes de la cuerda vibrante, terminando así el trabajo que Pitágoras había comenzado 2000 años antes. Galileo escribió «Las ondas son producidas por las vibraciones de un cuerpo sonoro, que se difunden por el aire, llevando al tímpano del oído un estímulo que la mente interpreta como sonido», sentando así el comienzo de la acústica fisiológica y de la psicológica.
Entre 1630 y 1680 se realizaron mediciones experimentales de la velocidad del sonido en el aire por una serie de investigadores, destacando de entre ellos Mersenne. Mientras tanto, Newton (16421727) obtuvo la fórmula para la velocidad de onda en sólidos, uno de los pilares de la física acústica (Principia, 1687).
Acústica como herramienta modificadora de la Geometría La utilización de las leyes geométricas que rigen la propagación sonora, puede ser de gran utilidad en múltiples ocasiones. Por ejemplo, para analizar la distribución en un recinto, del campo acústico directo y de las primeras reflexiones o detectar posibles riesgos de eco o focalizaciones provocadas por determinadas superficies de una sala. Antes de describir el método geométrico conviene citar ciertas limitaciones: – La longitud de onda del sonido debe ser pequeña respecto a las dimensiones de la sala y objetos presentes en ella. En caso contrario ocurrirían fenómenos de difracción. – Las dimensiones del relieve de las superficies deben ser netamente inferiores a la longitud de onda del sonido considerado. En caso contrario el sonido se reflejaría difusamente. – La diferencia de impedancia entre el aire y los cerramientos debe ser grande, para que predomine el fenómeno de la reflexión. El método geométrico se basa en la sustitución de los frentes de ondas por sus direcciones de propagación asimilándolos a rayos sonoros que emergen de la fuente y se comportan de igual forma que los rayos luminosos. Los rayos sonoros tienen su origen en la fuente y en cada punto tiene una intensidad dada por:
En donde W es la potencia de la fuente, e I1 es la intensidad a 1 m de la fuente. Suponiendo la fuente omnidireccional, la intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia recorrida.
En el caso de que la fuente no imita por igual en todas direcciones, la expresión anterior se vería afectada por un factor de direccionalidad para cada dirección, es decir
En donde Q es el factor de direccionalidad o relación entre la intensidad propagada en una dirección determinada y la intensidad que sería propagada, en esa misma dirección, por una fuente omnidireccional de la misma potencia. Aplicando las leyes de la reflexión se construyen los rayos, de tal forma que todos los reflejados por la superficie plana, parecen provenir de la imagen de la fuente por ese plano. Esta propiedad da lugar a la división del tratamiento geométrico en dos métodos distintos: el método de rayos y el método de imágenes, que sustituye el efecto de cada superficie plana por la imagen, que de la fuente se obtiene por dicho plano. Este segundo método es más práctico en el caso de cerramientos planos y considerando sólo pocas reflexiones, ya que al aumentar el número de reflexiones aumenta considerablemente el número de imágenes, llegándolo a hacer inviable. Aplicando el método geométrico se pueden resolver problemas tales como: focalizaciones, ecos, diseño para buen sonido directo y diseño para el adecuado sonido reflejado.
Acústica y Arquitectura
La acústica arquitectónica es una parte de la acústica que trata de manipular los efectos acústicos de lugares abiertos y cerrados. En los lugares abiertos el principal fenómeno es la difusión del sonido. La acústica debe de tener en cuenta que las ondas del sonido viajan en tres dimensiones y sus frentes salen directamente de la fuente de perturbación, todo esto se debe de tener en cuenta para distribuir el sonido frente a un escenario.
Los griegos crearon sus teatros al aire libre, en los mismos se realizaban obras teatrales y presentaciones musicales, estos aprovecharon el reflejo de las gradas para duplicar el sonido y de esta manera que la sonoridad quedase protegida por las gradas. El tamaño de los teatros griegos no ha sido igualado con una capacidad de 15,000 personas.
Los romanos utilizaron una técnica similar a la de los griegos, difieren en que la forma de las gradas no era plana sino curva, esto hacia que un poco del sonido se perdiera y que fuera centrado en un mismo punto. No obstante el teatro más grande entre los romanos tenía una capacidad de 5,000 personas. Hoy en día se aprovechan los conocimientos que fueron adquiridos de los griegos y los romanos por lo que los recintos abiertos se construyen con paredes abombadas o curvas que concentran el sonido en el lugar.
Ingenieros Acústicos La ingeniería acústica es una disciplina especializada en el control y desarrollo de los procesos emisión, transmisión y recepción de ondas sonoras a través de diferentes medios físicos, además de estudiar la naturaleza del sonido propiamente tal. Cada día esta especialidad toma más protagonismo debido al notorio aumento de la contaminación acústica, provocada principalmente por las actividades industriales, el tráfico vehicular urbano y el tráfico aéreo, comprometiendo estas actividades, la calidad acústica de las viviendas y lugares de trabajos, que a su vez compromenten la salud de las personas (un exceso de ruido es perjudicial para la salud humana).
En sus áreas de desarrollo, se destacan el control de ruido y el control de vibraciones, la elaboración de mapas de ruido, mitigación del ruido ambiental, la elaboración de modelos predictivos del ruido urbano, acondicionamiento de recintos con fines de aislamiento o mejoría de la calidad acústica interior. Existe otra aplicación o énfasis, relativo a la producción musical, manejo y desarrollo de medios audiovisuales, como por ejemplo, el desarrollo de sistemas de reproducción de sonidos lógicos reales Dolby Surround Sound y una gama de efectos para la industria fílmica.
Obras contemporáneas con desarrollo acústico La vista ejerce su imperio sobre nuestra civilización. Vivimos en la civilización de la imagen. Sin embargo, en el Antiguo Testamento, la palabra divina precede a la luz. Dios habló primero, antes de decir que era Dios. El sonido tiene un poder centrípeto tal como muestra el papel de la voz del orador en la República de Platón, en el sonido de la campana o en la llamada del muecín para la oración. En las comunidades primitivas el sonido juega un papel fundamental en la vida de los grupos, en la definición del espacio y de las actividades. La experiencia acústica ha ido creando, influyendo y moldeando las relaciones habituales con el medio, pudiendo ser esta relación altamente interactiva, incluso terapéutica, pero también alienante u opresiva física y mentalmente como ocurre en las situaciones de intenso ruido. La vista separa, divide, marca límites mientras que el oído atraviesa los límites, reúne y da continuidad. El oído precede a la visión también en nuestra venida al mundo.
Ya antes de nacer, la vida intrauterina está llena de sonidos. El oído despierta a los cuatro meses y medio de vida fetal. En ese periodo ya se inicia una comunicación acústica con el mundo exterior y a través del sonido, concretamente del latido del corazón, se da un primer contacto con una experiencia rítmica: la conjunción del ritmo cardíaco de la madre se une al latido del corazón del feto creando un ciclo de palpitaciones.
La posible relación entre imagen y sonido fue un hecho importante en el periodo romántico, dado el interés por aumentar el impacto sensorial de las obras. Los compositores de este periodo trataban de llenar los sentidos del espectador fundamentalmente con sonidos e imágenes y qué mejor medio que la ópera, medio en el que los arquitectos jugaron un importante papel. Una figura central en la arquitectura de teatros del s. XIX fue Richard Wagner, quien a través de una única realización (que permanece hasta nuestros días) que además implicó la colaboración entre arquitecto y compositor construyó su teatro de la ópera ideal, construido de acuerdo con unos principios preestablecidos encaminados a la representación del Anillo del Nibelungo. Con ello revoluciona el diseño de salas en Alemania tratando de conseguir la obra total en la que el espectador quede totalmente absorbido por el arte. El propio Wagner lo explica así:
“Apenas ha alcanzado su puesto, el espectador se encuentra en un verdadero y propio teatro, o sea en un lugar pensado exclusivamente para mirar, para mirar en la dirección en la que le orienta su sitio. Entre el espectador y la imagen a contemplar no se encuentra nada visible, sino sólo una distancia que un artificio arquitectónico mantiene casi suspendida entre los dos proscenios, la cual, alejando la imagen del espectador, se la muestra en la distancia de una visión de ensueño, mientras que la música, saliendo misteriosamente del abismo místico, lo pone en una condición estática de clarividencia, por lo que el cuadro escénico contemplado resulta ahora para el espectador la imagen más fiel que la vida misma”