Proyecto acustico SUM

UTN FRC-Depto. Ing. Electrónica-FAyE0314: Archilla J., Ceballos F. y Parada M. Acondicionamiento Acústico de SUM
.
1
Universidad Tecnológica Nacional Mayo 2014, Argentina
Facultad Regional Córdoba Cátedra Fundamentos de Acústica y Electroacústica
ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO DE SUM, CASO DE
ESTUDIO: SALÓN AVEIT
JOSÉ I. ARCHILLA1
, FRANCO S. CEBALLOS1
y MANUEL F. PARADA 1
1
Estudiante de Ingeniería Electrónica, Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional, (FRC, UTN),
Maestro López Esq. Cruz Roja Argentina. CP X5016ZAA. Córdoba, República Argentina.
joseiarchilla.jia@gmail.com,francosceballos@gmail.com,manuelfparada@gmail.com
Resumen – Por lo general, cuando se realizan diseños arquitectónicos no se consideran criterios acústicos,
prevaleciendo en su interior superficies con altos coeficientes de reflexión sonora, lo cual genera un ambiente
reverberante. En este trabajo se realiza el estudio de un salón de usos múltiples, estimando el valor del tiempo de
reverberación y otros parámetros en diferentes situaciones. Se contrastan los resultados obtenidos con los valores que
debería tener este tipo de recinto según lo propuesto en las diferentes bibliografías, y se recomiendan soluciones para
el acondicionamiento.
1. INTRODUCCIÓN
Existen diversas maneras de desarrollar el
acondicionamiento acústico de un recinto, por medio de
diferentes estudios tanto prácticos como teóricos.
En éste trabajo nos centramos en la teoría estadística
para determinar los parámetros más significativos de un
salón de usos múltiples.
El método estadístico no descubre los detalles
intrínsecos del fenómeno, sin embargo, su ventaja
consiste en que mediante unas matemáticas sencillas,
basadas en datos aproximados, permite obtener
conclusiones objetivas de los aspectos cuantitativos, así
como de sus posibles defectos.
El objetivo del trabajo es realizar el estudio acústico de
la sala antes mencionada bajo diferentes situaciones, y
obtener el tiempo de reverberación como parámetro
principal.
En primer lugar se presentan las características del
recinto, y mediante la fórmula Sabine se calcula el
tiempo de reverberación.
Finalmente se propone el acondicionamiento pasivo
como solución al problema planteado.
2. ACUSTICA DE RECINTOS
La energía radiada por una fuente sonora en un
recinto cerrado llega a un oyente ubicado en un punto
cualquiera del mismo de dos formas diferentes: una
parte de la energía llega de forma directa (sonido
directo), mientras que la otra parte lo hace de forma
indirecta (sonido reflejado), al ir asociada a las
sucesivas reflexiones que sufre la onda sonora cuando
incide sobre las diferentes superficies del recinto. En un
punto cualquiera del recinto, la energía correspondiente
al sonido directo depende exclusivamente de la
distancia a la fuente sonora, mientras que la energía
asociada a cada reflexión depende del camino recorrido
por el rayo sonoro, así como del grado de absorción
acústica de los materiales utilizados como
revestimientos de las superficies implicadas.
Las fases de las ondas que llegan a cada uno de estos
puntos puede considerarse que están distribuidas de
forma aleatoria. Las combinaciones de fenómenos
aleatorios que tienen propiedades comunes tales como
son las combinaciones de las reflexiones que alcanzan
cada punto del recinto se estudian mediante la
matemática estadística, basada en la teoría de la
probabilidad.
Este trabajo se enfoca en el sonido reflejado.
2.1 Sonido reflejado
Al analizar la evolución temporal del sonido
reflejado en un punto cualquiera del recinto objeto
de estudio, se observan básicamente dos zonas de
características notablemente diferenciadas: una primera
zona que engloba todas aquellas reflexiones que llegan
inmediatamente después del sonido directo, y que
reciben el nombre de primeras reflexiones o reflexiones
tempranas, y una segunda formada por reflexiones
tardías que constituyen la denominada cola
reverberante.
La representación gráfica temporal de la llegada de
las diversas reflexiones, acompañadas de su nivel
energético correspondiente, se denomina ecograma o
reflectograma. En la figura 1 se representa de forma
esquemática la llegada de los diferentes rayos sonoros a
un receptor junto con el ecograma asociado.

.
2
Figura 1: Ecograma, indicación del sonido
directo, las primeras reflexiones y la cola reverberante[1]
En los párrafos anteriores se ha descrito la
propagación de una onda sonora en un recinto cerrado,
si se analiza dicho comportamiento suponiendo que la
fuente sonora se detiene bruscamente, en tal caso es
evidente que el nivel de presión sonora empieza a
disminuir progresivamente hasta igualarse con el ruido
de fondo de de la sala, es decir, se alcanza el punto de
equilibrio energético sonoro. La rapidez en la
atenuación del sonido depende del grado de absorción
de las superficies del recinto, a mayor absorción se da
atenuación más rápida.
El tiempo de permanencia del sonido una vez que
la fuente sonora se ha desconectado se denomina
tiempo de reverberación. Con el fin de poder
cuantificar la reverberación de un recinto, se toma al
tiempo de reverberación (RT) a una frecuencia
determinada como el tiempo que transcurre desde que la
fuente emisora se detiene hasta el momento en que el
nivel presión sonora SPL cae 60 dB con respecto a su
valor inicial.
2.2 Cálculo del RT
La fórmula clásica para el cálculo de RT (en
segundos) es la denominada fórmula de Sabine. La
correspondiente expresión matemática obtenida
aplicando la teoría acústica estadística es la siguiente:
(1)
dónde:
V = volumen del recinto (en m3)
Atot = absorción total del recinto
El grado de absorción del sonido de un material
cualquiera está directamente relacionado con las
propiedades físicas del mismo y varía con la frecuencia,
se representa mediante el llamado coeficiente de
absorción. Este se define como la relación entre la
energía absorbida y la energía incidente en dicho
material.
La absorción A de un material cualquiera se obtiene
como resultado de multiplicar su coeficiente de
absorción por su superficie S. La unidad de absorción
es el sabin (1 sabin corresponde a la absorción de 1m2).
Si un recinto está constituido por distintas superficies
recubiertas de materiales diversos, la absorción total
Atot se obtiene sumando cada una de las absorciones
individuales.
2.3 Acondicionamiento acústico de recintos
El éxito en el diseño acústico de cualquier tipo de
recinto radica en la elección de los materiales más
adecuados para utilizar como revestimientos del mismo
con objeto de obtener unos tiempos de reverberación
óptimos.
En un recinto cualquiera la reducción de la energía
asociada a las ondas sonoras es determinante en la
calidad acústica final del mismo. Básicamente, dicha
reducción de energía debida:
 Público y sillas.
 Materiales rígidos y no porosos ( paredes de
hormigón).
 El aire.
 Superficies vibrantes.
 Materiales absorbentes estratégicamente
colocados.
Los materiales de mayor importancia a tener en
cuenta son los materiales rígidos poco porosos y el aire
ya que los encontramos en todos los recintos. Los
primeros por regla con porosidad nula dan lugar a una
mínima absorción del sonido, su efecto es apreciable
cuando no existe ningún material absorbente en el
recinto.
Por su parte el aire tiene una absorción significativa
en recintos de grandes dimensiones, a frecuencias
relativamente altas (≥ 2 kHz) y con porcentajes bajos de
humedad relativa (del orden de un 10 a un 30%). Dicha
absorción se representa por la denominada constante de
atenuación del sonido en el aire m. Es posible calcular
el valor de RT teniendo en cuenta el factor antes
mencionado utilizando la fórmula de Sabine completa:
(2)
2.3.1 Materiales absorbentes
La absorción que sufren las ondas sonoras cuando
inciden sobre los distintos materiales absorbentes
utilizados como revestimientos varían
considerablemente de un material a otro. En
consecuencia, la correcta elección de los mismos
permitirá obtener la absorción más adecuada en todas
las bandas de frecuencias de interés. Los materiales
absorbentes se utilizan generalmente para:

.
3
 Obtención de los tiempos de reverberación más
adecuados en función de la actividad.
 Prevención o eliminación de ecos.
 Reducción del nivel de campo reverberante en
espacios ruidosos.
Estos materiales presentan un gran número de canales
a través de los cuales la onda sonora puede penetrar.
La disipación de energía en forma de calor se produce
cuando la onda entra en contacto con las paredes de
dichos canales. La onda sonora reflejada por el material
puede imaginarse como compuesta por un número
ilimitado de componentes sucesivas, cada una más débil
que la precedente. Cuanto mayor sea el número de
canales, mayor será la absorción producida.
Figura 2: Disipación de energía en un material poroso situado
delante de una pared rígida.[1]
Los materiales absorbentes comerciales de este tipo
se manufacturan a partir de: lana de vidrio, lana mineral,
espuma de poliuretano.
2.4 Parámetros que caracterizan un recinto
Cuando se establece un único valor recomendado RT
para un recinto dado, se suele tomar como valor más
representativo del tiempo que se obtiene como
promedio de los valores correspondientes a las bandas
de 500 Hz y 1 kHz, denominado Tmid ó RTmid:
( ) ( )
(3)
Además del RT, un parámetro indicativos de la
reverberación en la acústica de recintos es la calidez
acústica (BR por bass ratio) representa la respuesta
de la sala en frecuencias graves, si una sala es rica en
contenido de frecuencias graves, se dice que la sala es
cálida. Esta característica de calidez en una sala
determina la suavidad de la música que dentro de ella se
percibe durante una ejecución. La calidez acústica BR
se obtiene como el cociente entre la suma de los tiempos
de reverberación correspondientes a las bandas de
frecuencias de 125 Hz y 250 Hz y la suma de los RT
correspondientes a las bandas de frecuencias de 500 Hz
y 1 kHz:
( ) ( )
( ) ( )
(4)
Por otro lado, la riqueza en armónicos que posee una
sala se denomina Brillo Acústico (Br), y mediante este
parámetro se puede tener una idea de la claridad del
sonido en el interior del recinto. El brillo se obtiene
como el cociente entre la suma de los tiempos de
reverberación correspondientes a las bandas de
frecuencias de 2 kHz y 4 kHz y la suma de los RT
correspondientes a las bandas de frecuencias de 500 Hz
y 1 kHz:
( ) ( )
( ) ( )
(5)
Este valor nunca alcanzará a ser mayor a 1 debido a
las pérdidas causadas por la absorción del aire, debe
evitarse salas excesivamente brillantes.
3. CARACTERISTICAS DEL RECINTO
El salón de usos múltiples de AVEIT, utilizado como
salón de fiestas y sala de conferencias, presenta en su
interior superficies con alto coeficiente de reflexión
sonora lo cual da por resultado una baja calidad
acústica. En la figura [3] se muestra el recinto descripto.
Figura 3: SUM AVEIT
El SUM posee una base octogonal, con paredes de 22
cm de ancho construidas de ladrillo hueco y con un
revestimiento de cal y arena. Con aberturas de
carpintería de aluminio y paños de vidrio de 4 mm.
El techo está formado por chapas de fibrocemento de
5 cm de espesor, y piso de baldosas de granito.
Por razones de simplicidad, y a fines prácticos, se
estima la altura media del techo en 5.3 m, sin considerar
el cielorraso de poliuretano expandido. Dando como
resultado un volumen aproximado de 918,85 m3
. En la
figura 4 se muestra el plano de planta del SUM.

.
4
Figura 4: Plano de planta del Recinto
En la figura 5 se muestra el Modelo 3D en Autocad
utilizado para determinar el valor de las superficies y
para el cálculo de volumen del recinto.
Figura 5: Modelo 3D del SUM
4. CÁLCULO DEL TIEMPO DE
REVERBERACIÓN
Una vez descriptas las características, se presentan
en las tablas 1 y 2 los coeficientes de absorción de los
diferentes materiales que componen el recinto
estudiado.
Tabla1: Coeficientes de absorción en las tres primeras bandas[3]
Tabla 2: Coeficientes de absorción en las tres últimas
bandas[2]
Se realizaron 4 ensayos diferentes teniendo en cuenta
las características del recinto y que su ventilación es
natural, es decir para ventilar el SUM se abren las
ventanas. El primer ensayo se realizó con el recinto
vacío y las ventanas cerradas, el segundo, igual que el
anterior pero con las ventanas abiertas, el tercero fue
con 200 personas de pie y con las ventanas abiertas y el
cuarto y último ensayo, se realizó con 100 personas
sentadas en sillas de madera y con las ventanas abiertas.
Se calculó la absorción total en cada banda y para cada
ensayo, con la siguiente fórmula:
∑ (6)
Utilizando la fórmula de Sabine se calcula el tiempo
de reverberación para todas las bandas.
(7)
El término de 4m se tiene en cuenta solamente en la
banda de 4 KHz, que es en la única banda en la cual es
considerable el valor. Este valor es una aproximación.
El punto de intersección se obtuvo tomando el
porcentaje de humedad promedio que hay en Córdoba
anualmente, HR%= 69,2% y la banda de 4KHz. Con
una curva de 4m de 0,25.
Figura 6: Curvas del término 4m [8]

.
5
Los valores obtenidos se muestran en la Tabla 3
Tabla 3: Tiempos de reverberación
En la Figura 7 se muestran las curvas de los tiempos
de reverberación en las diferentes bandas y en los
diferentes casos. Analizando el comportamiento de las
curvas se puede observar que es estable hasta los
250Hz, apartir de esta banda comienza a decaer hasta la
banda de 1KHz, en la cual aparece un mínimo de RT,
en 2KHz se encuentra el máximo. Comparándolas entre
sí, se comprueba como con una mayor absorción, se
reduce el RT. Cuando se abre una ventana, quedando
esa abertura hacia el exterior, se genera un absorbedor
perfecto, es decir el coeficiente de absorción vale 1,
también con personas dentro del recinto se reduce este
tiempo, ya que tienen un elevado coeficiente de
absorción y disminuyen el volumen de aire.
Figura 7: Tiempos de reverberación vs bandas de
frecuencias.
Los parámetros que se muestran a continuación son
los que determinan las características de un recinto. Y
son el tiempo de reverberación medio, el brillo y la
calidez. Estos se calcularon con las siguientes fórmulas:
( ) ( )
(8)
( ) ( )
( ) ( )
(9)
( ) ( )
( ) ( )
(10)
Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 4.
Tabla 4: RT medio, calidez BR y brillo Br.
5. TIEMPO ÓPTIMO DE REVERBERACIÓN
Los resultados obtenidos del RTmid, se compara con
los valores recomendados por Carrión Isbert.
Bibliografía Volumen [m3
] RTmid [s]
Carrión 1000 1.2 - 1.5
Tabla 5: valor del RTmid en función del volumen del recinto
ocupado.
El valor de RTmid supera ampliamente por lo cual
debe recurrirse a algún tipo de acondicionamiento
acústico.
5.1 Acondicionamiento Acústico
Con el objetivo de mejorar las condiciones acústicas
de la sala, se elige el tratamiento del techo debido a su
gran superficie y su influencia en el comportamiento
acústico del recinto.
La solución propuesta consiste en cambiar
completamente el cielorraso de poliestiresno expandido,
por placas de mayor absorción acústica.
Utilizando la fórmula de Sabine calculamos el valor
del coeficiente de absorción en cada banda de octava
para obtener un RT=1,25 [s].
∑ (11)
En la siguiente tabla 5 se muestran los valores
sugeridos de α para todas las bandas de octava.
Tabla 6: Valores estimados de α
En base a los resultados obtenidos, se propone la
colocación de un falso techo de placas de gran
absorción y compuestas de fibra mineral, con las
siguientes características mostradas en la Tabla 6.

.
6
Tabla 7: Coeficientes de absorción de la placa acústica
Durlock-Placa DECO acustic-Cosmos 68/N
En la Figura 8 se muestra el tiempo de reverberación
calculado con el falso techo, sin personas y a ventanas
cerradas.
Figura 8: Tiempo de reverberación del recinto antes y después
de acondicionar
Es evidente la mejora que se obtiene con el nuevo
cielorraso, pero se debe recordar que en todos los casos
los valores de RT son aproximados, y debiera obtenerse
el verdadero tiempo de reverberación mediante una
medición directa.
6. CONCLUSIONES
Analizando los tiempos de reverberación calculados
con los criterios de diseño, se encuentra que los tiempos
están fuera del rango que se desean para este tipo de
salas.
Se busca y se calcula una solución, la cual requiere
modificar la estructura del recinto. En este caso se
decide modificar el techo, colocando materiales
acústicos, que tengan una mayor absorción y reduzca
los RT en todas las bandas. Los resultados obtenidos
son bastantes aceptables, los materiales que se
proponen, se eligen de acuerdo a la curva de coeficiente
de absorción y que su costo sea relativamente bajo
Lo cálculos realizados difieren de la realidad debido
al tipo de criterio y a que es muy difícil encontrar los
coeficientes de absorción exactos de cada material, así
como conocer con exactitud el tipo de material usado en
la construcción. Sin embargo el trabajo realizado es una
aproximación confiable, que se puede tomar como
referencia.
El trabajo a futuro contempla una evaluación del
recinto a través de otro enfoque como es la teoría
geométrica, y caracterizando el ruido de fondo del
mismo.
7. REFERENCIAS
[1] Carrión Isbert A “Diseño de espacios
arquitectónicos”. Edición UPC. Espeña. 1998.
[2]Durlock. www.durlock.com/productos/cielorrasos-
decoacustic-modelos.php
[3] Fac. Arq. - Univ. de la República (Uruguay)
www.farq.edu.uy
[4] Ferrera S. “Base de datos de coeficientes de
absorción sonora de diferentes materiales”.
Centro de Investigación y Transferencia en Acústica
(CINTRA).
[5] Ferreyra S. Apunte Catedra Fundamentos de
Acústica y Electroacústica. UTN FRC.
[6] Ferrera S. “Medición y simulación de tiempo de
reverberación y otros parámetros acústicos de aulas”.
Centro de Investigación y Transferencia en Acústica
(CINTRA)
[6] Miyara F. (1999), “Control de ruido”. Editorial
UNR, Rosario.
[7] Pellis G., Vargas G. y Zambroni E.
“Acondicionamiento acústico de recintos, análisis y
diseño”. UTN FRC
[8] Servicio Meteorológico Nacional. www.smn.gov.ar
[9]www.sea-acustica.es/ Sociedad Española de acústica.
[10] Valencia C. “Estudio del estado acústico de dos
iglesias patrimoniales de quito (la catedral y la
compañía de jesús)”. Tesis Doctoral. Universidad de la
Americas. Ecuador.
8. DATOS BIOGRAFICOS
Archilla José Ignacio, nacido en San Juan Capital el
03/01/1991. Estudiante de Ingeniería en Electrónica,
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional
Córdoba. Argentina. Sus intereses son:
Telecomunicaciones, Procesamiento de Señales y
Acústica de recintos.
E-mail: joseiarchilla.jia@gmail.com
Franco Sebastián Ceballos, nacido en Eduardo
Castex, La Pampa el 26/05/1991. Estudiante de
Ingeniería en Electrónica, Universidad Tecnológica
Nacional, Facultad Regional Córdoba. Argentina. Sus
intereses son: Telecomunicaciones, Sistemas de Sonidos
y Acústica de recintos.
E-mail: francosceballos@gmail.com
Manuel Fernando Parada, nacido en Orán, Salta el
27/11/1990. Estudiante de Ingeniería en Electrónica,
Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional
Córdoba. Argentina. Sus intereses son:
Telecomunicaciones, Procesamiento de señales y
Acústica de recintos.
E-mail: manuelfparada@gmail.com

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