Acustica en la arquitectura

Acústica y Sistemas de Sonido 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.

Leonard Colmenarez Diseño de obras civiles Escuela – 72 Edicion Noviembre 12017

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La acústica es la ciencia que estudia la producción, transmisión y percepción del sonido tanto en el intervalo de la audición humana como en las frecuencias ultrasónicas e infra sónicas .

Dada la variedad de situaciones donde el sonido es de gran importancia, son muchas las áreas de interés para su estudio: voz, música, grabación y reproducción de sonido, telefonía, refuerzo acústico, audiología, acústica arquitectónica, control de ruido, acústica submarina, aplicaciones médicas, etc.

Por su naturaleza constituye una ciencia multidisciplinaria ya que sus aplicaciones abarcan un amplio espectro de posibilidades,

El estudio científico de la acústica, particularmente la acústica de teatros se remonta a los teatros griegos como el de Epidauro. Posteriormente serán los romanos los que desarrollarán un sistema más complejo de estudio de la acústica en los teatros al aire libre. La primera referencia escrita se la debemos como casi siempre al arquitecto romano Marco Vitrubio Polio, ingeniero militar de Julio César, en su obra De Arquitectura. En estos escritos se describen varios diseños para mejorar la acústica de los antiguos teatros romanos. Por ejemplo, se utilizaban vasijas de bronce afinadas que actuaban como resonadores, bajos o agudos.

La acústica arquitectónica como ciencia moderna, empezó a desarrollarse a finales del siglo XIX gracias a los estudios de W. C. Sabine, quien en el periodo comprendido entre 1877 y 1905 realizó los primeros avances, iniciando en 1895 sus trabajos en el Fogg Art Museum de la Universidad de Harvard, y fue en esta época cuando encontró su ya clásica ecuación de reverberación.

Posteriormente actuó como asesor en cuestiones de acústica en el diseño del Symphony Hall de Boston, considerada aún como una de las de mejor acústica del mundo. Sabine realizó todos sus estudios sobre la reverberación con la única ayuda de sus oídos y un cronómetro, ya que por entonces, era cuando empezaba a desarrollarse una nueva técnica basada en los progresos de la electricidad y electrónica.

El primero en traer los adelantos electrónicos propiciados por el desarrollo de la radiodifusión (micrófonos, amplificadores, altavoces, etc.) al campo de la acústica (medida del tiempo de reverberación, etc.) fue Frederick Vinton Hunt allá por lo años treinta.

Después de perfeccionar un aparato para trazar con precisión las curvas de caída del sonido, emprendió el estudio del comportamiento del campo sonoro en recintos cerrados. En 1936 Philip M. Morse del Instituto de Tecnología de Massachussets, publicó "Vibration and Sound" en el que se explicaba su teoría de los modos normales de vibración en recintos rectangulares.

A partir del segundo cuarto del siglo XX, debido al desarrollo del amplificador, tubo de vacío, altavoces y micrófonos, es cuando los especialistas empezaron a acumular los datos exactos que harían de la acústica una ciencia efectiva de la ingeniería, ya que antes de que se inventaran los aparatos electrónicos, al especialista en acústica le faltaban los medios necesarios, para producir sonidos que correspondiesen a sus especificaciones, así como para medir la fuerza de los sonidos producidos.

Antes de disponer de estos instrumentos, el que realizaba el diseño acústico de una sala, sólo podía hacerlo basándose en el estudio de otras salas, considerando qué características eran las responsables de la buena sonoridad en algunos puntos de la misma, así como las sonoridades confusas en otras posiciones. Todas estas novedades facilitaban el estudio y medida del campo sonoro en recintos cerrados, y supusieron un nuevo empuje en su desarrollo, aunque se detuvieron bruscamente a consecuencia del inicio de la Segunda Guerra Mundial.

Al finalizar la guerra, se produjo un gran boom cultural en los Estados Unidos de América, que trajo consigo la construcción de grandes salas de concierto, teatro de ópera, etc., para lo cual era necesario un mejor conocimiento de los requisitos de los campos sonoros en la grandes salas. Se realizaron profundos estudios y medidas precisas en salas reconocidas por sus buenas cualidades acústicas, y los resultados se compararon con los puntos de vista de directores, músicos y críticos musicales

Las salas antiguas estaban, por lo general, alejadas de las por otras parte poco ruidosas ciudades, con lo que el problema era prácticamente inexistente.

Hoy en día suelen situarse en sitios céntricos para facilitar el acceso del público, con lo que el ruido, producido principalmente por el tráfico rodado, puede alcanzar grandes niveles y es necesario aislar el recinto del los ruidos externos.

Hasta este momento, la Acústica arquitectónica se había desarrollado por principios y fórmulas generales determinadas sobre bases puramente experimentales, y la consiguiente formación de las teorías apropiadas. Éste es el proceso normal de desarrollo dentro también de otras ramas de la ciencia, pero por entonces, se inició la tendencia a estudiar primero teoría y buscar luego su confirmación experimental. Esto sucedió también en la Acústica arquitectónica.

A partir de bases puramente teóricas, se ha desarrollado una completa serie de reglas y formulas para explicar la gran variedad de fenómenos que ocurren en un recinto cerrado.

Existen, sin embargo, muchos fenómenos que debido a su naturaleza compleja hay que recurrir para su estudio a los métodos experimentales. Por ejemplo, para el tiempo óptimo de reverberación hasta hoy no ha sido posible desarrollar una teoría o sugerir unas reglas que fijar y hay que recurrir a experimentos y estadísticas.

Las utilización de las leyes geométricas que rigen la propagación sonora, pueden 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 ocurrirán fenómenos de difracción.

• La dimensiones del relieve de las superficies debe 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.

Método geométrico 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. n 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 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.

La Acústica arquitectónica es la ciencia de la lucha contra el ruido en los edificios. La primera aplicación de la acústica arquitectónica fue vista en el diseño de los teatros de ópera y de salas de conciertos. Más ampliamente, la supresión del ruido es fundamental en el diseño de las viviendas de múltiples unidades y los establecimientos comerciales que generen ruido significativo, incluyendo salas de conciertos como barras. El diseño más mundano de los lugares de trabajo tiene implicaciones para efectos del ruido.

La Acústica arquitectónica incluye acústica de la sala, el diseño de los estudios de grabación y emisión, cine en casa, y salas de música para la reproducción de medios de comunicación. Esta ciencia analiza la transmisión de ruidos de la construcción sobre el exterior al interior y viceversa.

Las rutas principales de ruido son los techos, aleros, paredes, ventanas, puertas y penetraciones.

Con el control suficiente se asegura la funcionalidad del espacio y se requiere a menudo basadas en el uso del edificio y los códigos locales municipales. Un ejemplo sería ofrecer un diseño adecuado para un hogar que se va a construir cerca de una carretera de gran volumen, o en virtud de la trayectoria de vuelo de un aeropuerto principal, o del propio aeropuerto. Entre el espacio de control del ruido: La ciencia de la limitación y/o el control de la transmisión de ruido desde el espacio asegura la construcción de uno a otro para garantizar la funcionalidad del espacio y privacidad de la palabra.

Las rutas de sonido típico son las particiones de habitación, los paneles acústicos del techo (la madera se redujo a paneles de techo), puertas, ventanas, acompañamiento, conductos y otras penetraciones. Un ejemplo sería ofrecer diseño adecuado para la pared medianera en un complejo de apartamentos para reducir al mínimo la perturbación mutua debido al ruido de los residentes en los apartamentos adyacentes.

Un ingeniero acústico, o ingeniero de sonido, aplica la ciencia del sonido y las vibraciones a las tecnologías del mundo real. Su campo de acción se inclina principalmente a la reducción del ruido no deseado, lo que se conoce como control de ruido. También en sus funciones se encarga de amplificar los sonidos deseados y manipular las vibraciones del sonido en efectos de valoración.

Muchos ingenieros acústicos tratan de controlar los sonidos dentro de los edificios en un proceso llamado acústica arquitectónica, para esto elaboran mapas de ruido muy detallados. Normalmente se centran en la reducción del nivel de ruido que viaja a través de las paredes.

El ingeniero acústico también pueden estar involucrado en el sonar y la tecnología de imágenes médicas. El sonar es una técnica utilizada por los buques para determinar la profundidad del agua local. Funciona haciendo rebotar ondas de sonido en el fondo del océano y midiendo el tiempo que tardan en volver.

Museo Brunel, Reino Unido En 1825 comenzó un proyecto de dos décadas para construir una red de túneles peatonales bajo el río Támesis de Londres.

Casi 200 años después, en vez de peatones son trenes los que circulan en los túneles, sin embargo, el gran eje de entrada de Isambard Kingdom Brunel permanece abierto.

Keiko Sumida dirigió recientemente una ópera allí y habló de "una gran sensación de aventura durante el show”. La acústica fue un reto y hubo un divertido efecto de "galería susurrante".

El teatro de la música Āli Qapu Palace, en Irán Otra prueba de que una nación utiliza la arquitectura en favor de su música tradicional nos lleva a Irán. Los magníficos techos abovedados del Āli Qapu Palace Music Hall crean un paraguas de nichos en la parte superior, lo que produce un tiempo de reverberación bajo para el sonido, ideal para la música íntima, especialmente para las baladas iraníes.

Cueva-teatro en Fertőrákos, Hungary Quizá una cantera no parezca el lugar más idóneo para un concierto o una ópera, pero lo cierto es que estos vastos espacios tienen un gran potencial para el sonido. La cueva húngara de Fertőrákos se reabrió recientemente tras ser reformada, mientras que las canteras de mármol de Estremoz, en Portugal, también se usan para espectáculos musicales, gracias a que el sonido resuena dentro de sus sólidos muros.

The Whispering Gallery en la catedral de St Paul, en Londres El fenómeno de la galería de susurros (donde un ruido que se hace en un lado de un lugar se puede escuchar claramente en otro) suele ser algo involuntario. Sin embargo, en la Catedral de San Pablo de Londres, que atrae a los turistas en masa, susurra algo en la pared de la galería y se podrá oír en el otro lado de la cúpula de 33m de diámetro.

Cuando recibimos las ondas sonoras, es decir, cuando escuchamos un sonido, percibimos simultáneamente todas sus cualidades: su altura (si es agudo o grave), su duración (si es largo o corto), su intensidad (si es suave o fuerte), y su timbre (esa cualidad característica de cada emisor que nos permite diferenciar por ejemplo una trompeta de un violín).

LA ALTURA La altura nos indica si el tono de un sonido es grave o agudo, y en música la representamos en el pentagrama mediante las notas musicales.

La altura de un sonido depende de la frecuencia de sus vibraciones: cuanto mayor es la frecuencia, más agudo es el sonido y viceversa. Los científicos lo expresan en hercios (Hz), o vibraciones por segundo, y así nos indican, por ejemplo, que el oído humano es capaz de escuchar sonidos que tienen entre 20 y 20.000 hercios.

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DIRECCIONALIDAD ASCENDENTE: Un mismo sonido puede comenzar siendo grave y volverse más agudo.

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DIRECCIONALIDAD DESCENDENTE: Un sonido comienza siendo agudo y avanza hacia el grave.

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ESTABLE: Si la altura del sonido no varía

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CONTINUO: Cuando el sonido no se corta.

LA DURACIÓN La duración es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido largo y uno corto. Con nuestro reloj medimos el tiempo dividido en segundos, minutos y horas. Pero en música, la unidad que mide la distancia entre los sonidos es la pulsación o el pulso, y la representamos en el pentagrama mediante las figuras musicales.

LAINTENSIDAD La intensidad es la cualidad del sonido que nos indica si es fuerte o débil. Cuando hablamos lo hacemos a un volumen determinado, según lo que queramos transmitir o dependiendo de la distancia que nos separa de nuestro interlocutor (si tenemos que hablar con alguien en un sitio en el que hay que estar en silencio hablaremos en voz baja / si hay que llamar a alguien que está lejos alzaremos la voz o gritaremos). En música pasa lo mismo: podemos variar el sonido y cantar o tocar con una intensidad mayor o menor.

EL TIMBRE Cuando alguien nos llama por teléfono, aunque haga años que no hayamos hablado con esa persona, solemos reconocer al instante la voz de quien nos habla. Eso es porque cada persona tiene un timbre de voz diferente y característico.

El timbre de un sonido está muy relacionado con las características del cuerpo que lo emite: su tamaño, su forma, el material del que está hecho, etc.

La suma de todo ello nos permite algo que las otras cualidades del sonido no pueden proporcionarnos: identificar la fuente que lo ha producido.

El timbre es la cualidad del sonido que nos permite saber qué lo ha producido.

Cada instrumento y cada tipo de voz tienen su propio timbre. Por eso, al escuchar una misma melodía interpretada por otro instrumento experimentamos una sensación nueva; reconocemos sus notas pero no suenan igual.