Acustica

Definición.

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

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 Vitruvio 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.

Conceptos Básicos de Acústica Arquitectónica.

Podemos decir que el sonido en un recinto, independientemente de las características del mismo, presenta siempre el mismo comportamiento básico por el mero hecho de encontrarse (encerrado); el sonido total que reciba un oyente, o bien, un dispositivo de captación de sonido (micrófono) constará de 2 componentes: sonido directo y sonido indirecto.

El sonido directo es el que proviene directamente de la fuente de sonido (boca de la persona que habla o canta, instrumento musical...). Para una velocidad del sonido de 344 m/s, el sonido directo alcanza al oyente entre 20 y 200 ms después de su producción, dependiendo de la distancia a la que se encuentre el mismo de la fuente. El sonido indirecto es el resultado de las múltiples reflexiones, difracciones y absorciones que las paredes, techo, suelo y distintos objetos presentes en el recinto le producen al sonido directo. Podemos decir que en el sonido indirecto englobamos todo aquello que no es sonido directo.

Al aire libre o en el interior de cámaras anecoicas sólo se da el sonido directo. Estos entornos se caracterizan por la ausencia de reflexiones. En ellos, la presión acústica decae como 1/r, siendo r la distancia a la fuente de sonido.

La naturaleza del sonido indirecto se explica muy bien a través del modelo de rayos: suponemos que el sonido sale de la fuente a lo largo de rayos divergentes. En cada choque con las fronteras del recinto, los rayos son parcialmente absorbidos y reflejados y, después de un gran número de reflexiones, el sonido se hace difuso; la densidad promedio de energía es la misma en todo el local y todas las direcciones de propagación son igualmente probables.

En la siguiente figura vemos cómo se comporta el sonido, emitido por la fuente S, según la naturaleza de la superficie en la que se refleje:

a) Las superficies planas actúan como espejos.

b) Las superficies cóncavas concentran el sonido en la posición S1.

c) Las superficies convexas dispersan el sonido, lo reflejan en haces divergentes.

d) Las superficies rugosas hacen que el sonido se difunda.

A su vez, el sonido indirecto lo podemos clasificar en dos tipos:

- Sonido temprano: formado por el primer grupo de reflexiones que experimenta el sonido directo, alcanzan al oyente transcurridos unos 50 ms desde su producción (para c=344 m/s).

Sonido reverberante: es el que el oyente capta tras las reflexiones tempranas. Proviene de todas direcciones y se pueden percibir un volumen (amplitud de la onda) y consistencia mayor. Si la fuente emite un sonido continuo, el sonido reverberante crece hasta que alcanza un nivel de equilibrio. Cuando el sonido se interrumpe, el nivel sonoro decrece a una tasa más o menos constante hasta que se anula.

El efecto de la reverberancia se consigue porque el oído humano tiene la capacidad de enlazar, en una única sensación sonora, el sonido directo con las reflexiones tempranas. Si estas reflexiones tardasen mucho en alcanzar al oyente, el oído ya no sería capaz de sumarlas al sonido directo, y se interpretarían como un nuevo sonido copia del anterior, es decir, se percibiría como un eco.

No siempre tenemos la suerte de encontrar en un recinto únicamente el sonido deseado (incluyendo ya en el mismo las componentes directa e indirecta). Muchas veces acceden sonidos procedentes del exterior. Esto ocurre porque las paredes del recinto presentan una cierta transmisión acústica. En la medida en que esta decrezca, es decir, la capacidad por parte de los materiales del propio recinto de eliminar sonidos externos se convertirá en un factor acústico de importancia en el diseño de un recinto.

Todos sabemos que las características perceptibles del sonido son:

- la intensidad, relacionada con el volumen del sonido

- la altura, que nos permite discernir entre sonidos agudos y sonidos graves

- el timbre, gracias al cual reconocemos, por ejemplo, el sonido de un piano o el de un violín

Pues bien, para una intensidad y una altura dadas, nos damos cuenta fácilmente de que no es lo mismo escuchar un piano en el salón de nuestra casa que escucharlo en el Teatro Calderón. La diferencia radica en la textura del sonido, que podemos definir, si bien, de forma poco científica, como el (grosor) o (envergadura) del sonido. Esta cualidad es consecuencia del tiempo de reverberación, que es el tiempo necesario para que un nivel de presión sonora determinado disminuya 60 decibelios desde el momento en que cesa la fuente sonora o también el tiempo en que la presión acústica se reduce a la milésima parte de su valor inicial (viene asociado al sonido reverberante del que hablábamos antes).

A los auditorios y teatros se les asocian tiempos de reverberación largos (recintos vivos o reverberantes), mientras que salas de volumen más reducido y, como ejemplo

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