Sonido: acústica de locales

Electrotecnia. Salas Anecoicas. Objetivos. Desarrollo. Tipos. Propiedades. Instalación. Caso Meyer Sound

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  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
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ACÚSTICA DE LOCALES

Salas Anecoicas

  • Introducción

  • Objetivos

  • Desarrollo

  • Bibliografía

  •  

    Sonido: acústica de locales

  • Introducción

  • En un sistema de reproducción siempre se trabaja con factores limitantes, lo que equivale a decir que la calidad final será aquella que sea capaz de ofrecer el peor de nuestros componentes, sea la sala o un simple cable. No sirve de nada invertir mucho dinero en una gran fuente, un buen amplificador y unas cajas perfectas para él si lo enlazamos entre sí con cables inadecuados o si la sala nos provoca tales reflexiones primarias que hacen imposible la obtención de una buena imagen y escena sonora o un sonido confuso y falto de definición espacial o con coloraciones que serían difícilmente aceptables para cualquier otro componente de nuestro equipo.

    La razón por la que se obviaba la sala como propio componente del sistema se debía a la creencia generalizada que no se podía intervenir, al menos fácilmente, sobre ella. Esto tiene sólo una parte de verdad, es cierto que mejorar drásticamente nuestro recinto de escucha suele ser muy caro cuando no imposible y eso se debe a que los ingenieros y arquitectos no piensan precisamente en la acústica de locales.

    Son típicos los salones en L, especialmente difíciles de optimizar para una buena reproducción sonora, o aquellos con todas las paredes paralelas dos a dos, lo cual es nefasto desde el punto de vista de la acústica.

     

  • Objetivos

    • Comprender como funciona la reflexión de ondas sonoras

    • Aclarar la función de una cámara o sala anecoica

    • Conocer las aplicaciones de la sala anecoica

    • Conocer los resultados que puede ofrecer una sala de este tipo

     

  • Desarrollo

  • Las ondas sonoras, al encontrarse con una superficie pueden comportarse de tres formas en función de la naturaleza de esta superficie. Si es reflectante, como sucede con las paredes no tratadas, cristales, espejos, etc. sufren una reflexión que sigue las leyes normales de este fenómeno físico. Si es una superficie absorbente (p.e. corcho) sufre una absorción en la cual la onda reflejada sigue las leyes de la reflexión en cuanto al ángulo pero su intensidad de salida es menor que la de llegada (la diferencia es precisamente el coeficiente de absorción del material para esa frecuencia). Por último, en presencia de ciertos materiales, la onda sufre una difusión en la cual hay una irradiación de señales en todas direcciones y de muy baja intensidad. Así:

    Sonido: acústica de locales

    Veamos ahora que ocurre con las interpretaciones que se producen en nuestra corteza cerebral auditiva de esas señales ya convertidas por nuestro sistema auditivo. Aunque actualmente se sabe que la integración total de estas señales por las neuronas del cortex auditivo sigue patrones mucho más complejos de lo que se creía, se pueden llegar a establecer tres intervalos de tiempo de gran importancia:

    - Si dos ondas sonoras llegan separadas entre 0 y 3 milisegundos (ms), se produce una confusión total de las señales, siendo incapaz el cerebro de discernir entre ambos impulsos.

    - Si la separación está en torno a los 3 - 5 ms, el sonido se distingue pero no como tal (p.e. en vez de una nota de trompeta, se oiría como un golpe muy breve y produciría confusión al solaparse con el sonido original).

    - Si el intervalo está entre los 5 y 10 ms ya se pueden distinguir los sonidos pero la corteza auditiva tiene problemas para localizar espacialmente la fuente emisora.

    Por lo tanto, podemos considerar un tiempo de integración (aquel necesario para evitar cualquier confusión en la interpretación del sonido y su localización espacial) de 10 ms y basados en esto, definir como reflexiones primarias del sonido a todas aquellas que llegan antes de transcurrir 10 ms desde la llegada de la onda directa que procede de los transductores de las pantallas acústicas sin ninguna interferencia. Siguiendo el mismo criterio definiremos como reflexiones secundarias, terciarias, etc. (constituyen el campo reverberante) a las que llegan con posterioridad a este periodo.

    Cuando los altavoces (o las membranas de las pantallas electrostáticas) emiten ondas sonoras, unas de ellas llegan directamente sin interferencias y otras sufren reflexiones en las paredes, suelo y techo de la sala, llegando al punto de escucha dentro del periodo crítico de los 10 ms. Estas reflexiones primarias son del todo indeseables ya que producen una pérdida en la definición de la escena sonora, enturbiamiento e inestabilidad de la imagen y de su foco, disminución o eliminación de los planos sonoros, etc.

    Sin embargo hay otras reflexiones que por provenir de sucesivos rebotes, llegan más tarde y atenuadas en su intensidad (las secundarias, etc.) que son las encargadas de recrear las sensaciones de espacialidad y de aireación que el sistema sea capaz de entregar.

    Una sala con un tiempo de reverberación largo (donde los sonidos se atenúan con cierta lentitud) producirá un efecto de iglesia mientras que una sala con un tiempo muy corto o nulo (cámara anecoica) sonará muerta, apagada, irreal, pero fiel, es decir, la medición de la presión sonora será la que realmente entrega o capta el equipo.

    Hay tres formas de eliminar estos tipos de reflexiones:

    • Mediante el uso de absorbentes: que eliminarán el campo reverberante.

    • Usando conjuntamente materiales absorbentes y difusores en todas las ubicaciones adecuadas. Es un método útil que requiere atención en la situación de los paneles o cuñas y en su número ya que con los absorbentes es relativamente fácil pasarse en su colocación con lo que se disminuiría el tiempo de reverberación de la sala.

    • Utilizando difusores. Es el método más adecuado para aportar gran cantidad de reflexiones secundarias sin disminuir la presión acústica. El uso de difusores provoca un sonido mas limpio, con una imagen mucho más precisa y una escena sonora más real - siempre contando con las limitaciones del sistema de reproducción -. Como todo tiene su reverso, la idea de esta optimización es que pone en evidencia las carencias y defectos del sistema de reproducción que antes podían estar enmascarados en una sala común y corriente.

    Las salas Anecoicas están formadas por una estructura aislada del exterior y en su interior, para evitar la reflexión de sonidos por las paredes, suelos y techos, se forra mediante unas cuñas de longitud a definir en función de la absorción deseada .

    Dichas cuñas una vez calculadas se fabrican en diversos materiales como son espumas, fibras de vidrio, lanas de roca etc.

    El problema de éstas cuñas es que al paso del tiempo se descomponen con facilidad desmoronándose y destruyéndose.

    La cámara anecoica ideal es un recinto totalmente libre de reverberaciones acústicas. Cualquier sonido proyectado dentro del recinto, a cualquier frecuencia, es completamente absorbido.

    Por supuesto, ninguna cámara anecoica es perfecta. Es útil construir un recinto tan grande como sea posible: la ley del inverso del cuadrado dicta que la energía sonora se disipará, de manera que cada metro cuadrado de la superficie interna tendrá menos energía que absorber. Recíprocamente, un recinto más pequeño requerirá mayor o mejor absorción del sonido para obtener el mismo efecto. Esto es particularmente cierto para las bajas frecuencias, es por ello que las cámaras más pequeñas solamente tendrán una absorción efectiva hasta un límite inferior de quizás 100 Hz más o menos.

    La efectividad de una cámara anecoica se mide en dB de rechazo (la relación entre el sonido directo y el sonido reflejado dentro de un recinto). Una cámara debería proporcionar un rechazo mayor a 80 dB entre 80 Hz y 20 kHz, lo cual es excelente para una cámara de tamaño mediano. Para medir las críticas octavas medias y superiores, una cámara anecoica sigue siendo la única herramienta verdaderamente confiable para realizar mediciones precisas.

    Sonido: acústica de locales
    Existe un tipo de sala anecoica que es distinta de las otras, esta está construida de tal modo que las cuñas están diseñadas por partes, construidos de forma que la parte más pequeña de la cuña esté hacia el interior de la sala, y el interior de la cuña está construida de fibra de vidrio especial con una densidad muy baja. La cuña se va agrandando mientras se acerca a la pared y a la vez se aumenta su densidad. De esta forma se obtiene una muy buena impedancia de la sala que va de la mano con el material super absorbente con la que están constituidas (Principio de Cremer). (cuñas a la izquierda)

     

     

     

    En las salas normales las cuñas se construyen del mismo material en la base y la punta (principio de Wedge).

    Este principio es análogo al diseño de un cono exponencial de un parlante, es decir que la densidad del material es la misma en todos los puntos.

    Consecuentemente la sala Cremer es mucho mejor a frecuencias altas que una sala Wedge siendo las dos del mismo tamaño.

    A frecuencias medias las dos salas se comportan igual y en las frecuencias bajas la sala Wedge se comporta un poco mejor.

    Desde el punto de vista económico se puede decir que la sala Wedge necesita más material absorbente que la otra, pero la Cremer necesita un trabajo más sofisticado para armarla, lo que significa un mayor costo de mano de obra.

    Loas salas Cremer son mejores puesto que se necesita trabajar a frecuencias altas ( a partir de 15 kHz), mientras que a frecuencias bajas no es tan importante puesto que la longitud de onda bajo los 300 Hz es tan larga que se pueden utilizar otros métodos. (supongamos una sala de 6x8x3 m (una sala media), si la longitud de onda de una frecuencia de 20 Hz=17m, la onda no alcanza a cumplir un período).

    A frecuencias sobre los 3kHz una sala Wedge siempre tiene unos cambios de fase que son incontrolables, puesto que las cuñas tienen superficies planas más grandes que las cuñas de las Cremer, que simulan una "selva acústica".

    La construcción de las cuñas en la Cremer son tubulares, así se reduce las superficies planas, de modo que todas las reflexiones son minimizadas en todas las direcciones.

    Cada cuña mide más o menos de 40cm a 60cm de largo y un ancho en la pared de 40cm dependiendo del tamaño de la sala. Los tubos soportantes tienen un diámetro de 10mm.

    Esta sala funciona para frecuencias de 350 Hz a 25kHz con las cuñas pequeñas y de 200 Hz a 20 kHz con las cuñas grandes.

    Ambas salas deben estar construidas en una superficie plana de algún material muy resistente como concreto armado o madera muy dura.

    En el caso del concreto, puesto que debe ser armado en una estructura de acero, es muy conveniente para el aislamiento de vibraciones.

    En el caso de los pisos estos deben estar construidos de tal forma que sean facilmente removibles para el acceso rápido a la sala y tienen que ser superficies planas muy absorbentes.

    En el caso de la ventilación, puede estar con aire acondicionado sin ningún problema, pero no puede tener flujos de aire, puesto que puede quebrar alguna de las cuñas y crear mucho polvo.

    También puede existir un cableado dentro de la sala para la alimentación de las cámaras y alimentación de los equipos.

    Existen cámaras especiales para la industria automotriz, en este caso son salas más grandes y a la vez BLINDADAS.

    Esto tiene un propósito, el cual es investigar a través de un método de prueba distinto.

    Lo que se hace es una inducción de corriente a través de radio-frecuencia al cableado del automóvil para conocer los efectos de campos electromagnéticos, también se pueden conocer disturbios estacionarios y pulsares emitidos por el sistema eléctrico y electrónico.

    Además se realizan pruebas de contaminación sonora dentro y fuera del vehículo.

    Las características de esta sala específicamente son:

    • Volumen: 6 m de largo, 5 m de ancho, y 3 m de alto.

    • Una puerta de 2 x 2.5m para introducir el objeto a probar

    • Generación de radiofrecuencias de rango 1 MHz - 400 MHz e intensidad mayor a 300 mA.

    • Receptores de medición de 9 kHz a 1 GHz.

    • Rango de atenuación de 60 dB a 10 kHz hasta 100 dB a 1 MHz para el campo magnético; y 100 dB de 10 kHz a 100 MHz y 100 dB de 1 GHz a 18 GHz para ondas planas.

    • Adicionalmente pueden tener alimentación de corriente alterna y contínua.

     

    En la siguiente gráfica se muestra distintas curvas del coeficiente de absorción del sonido de un equipo que se ha ubicado en distintos sitios dentro de una cámara, con lo que se puede demostrar que la absorción de frecuencias bajas es más difícil y que se lo puede manejar de acuerdo al sitio donde se lo mida, claro que lo ideal es una fuente emisora que este directamente al frente de un receptor , o viceversa, y que se mueva para poder conocer el diagrama polar del equipo a medir, pero que no posea reflexiones primarias ni secundarias.

     

    Existen compañías especializadas en hacer cuñas, tal es el caso de RockFibras que ha conseguido crear una cuña hecha de THERMAX, que es una roca basáltica que tiene las siguientes propiedades:

    Frecuencia

    63

    80

    100

    µ

    0,88

    0,97

    1,00

    µ=coeficiente de absorción sonora.

    Obs: Encima de 100 Hz, la absorción sonora, para efectos práticos, igual a µ=1,00.

    (Foto a la izquierda)

    Este resultado esta basado en la norma ISO 10534-2 - "Determinación del coeficiente de Absorción Sonora e Impedancia o Admisión por el Método de Dos Micrófonos".

     

     

    Otras compañías como el Laboratorio de Microondas (izquierda) utilizan la sala anecoica en estudios tales como el comportamiento de ciertas antenas y difusores pasivos; esto es, para detectar el diagrama de radiación de las antenas y medición de sistemas de energía de microonda.

     

    Caso Meyer Sound

    Me pareció interesante este porque tiene herramientas muy sofisticadas dentro de las sala anecoica.

    La compañía Meyer Sound es un caso un poco especial, porque ellos en vez de utilizar el método tradicional de colocar micrófonos en un arco alrededor del altavoz no les daría la precisión que querían. Tal método es difícil de montar y está sujeto al error humano, por lo que no hay manera de automatizar completamente las pruebas para repetirlas con precisión.

    Así que utilizaron un micrófono fijo y utilizaron una montura para telescopio astronómico para observatorio.

    Debido a que las grandes monturas computarizadas para telescopio no son dispositivos que se fabriquen en masa, el dispositivo de Meyer Sound requería de una extensa modificación sobre los diseños estándar previos. Por supuesto que les salió un ojo de la cara.

    DFM Engineering construyó el brazo, los soportes, y los servomecanismos. También proporcionaron una computadora y el software para el reposicionamiento automático en cualquier incremento que se desee durante los barridos de prueba. Los comandos de posicionamiento son presentados en centésimas de grado, con una precisión garantizada de una décima de grado. Y no como los 10 o 5 grados de tolerancia que se tiene con el otro método.

    En la sala las cuñas están hechas de fibra de vidrio y tienen punta chata y cubiertas de espuma de un metro de largo. Las dimensiones de trabajo internas de la cámara son aproximadamente 1.8 m de alto por 3 m. de ancho y 8.2 m. de largo

     

     

    En una sesión típica de pruebas, el altavoz que se va a medir es alimentado con ruido rosa, y el posicionador es programado para un barrido de 360 grados en incrementos de un grado. Un barrido completo en un plano toma alrededor de 20 minutos. La señal acústica es capturada por un solo micrófono Brüel & Kjær. Utilizan cápsulas de 1/4 ó 1/2 pulgada; cada cápsula tiene un calefactor interno para eliminar cualquier desviación debida a la acumulación de humedad .

    Después de amplificar la señal a través de un preamplificador Brüel & Kjær, la señal adquirida entra en un analizador SIM System II modificado, el cual genera 20 promedios por análisis de Transformada Rápida de Fourier (FFT por sus siglas en Inglés) de 8000 puntos. El software toma los datos en bruto y los convierte en información de 1/30 de octava mediante un algoritmo determinado. Los datos son formateados y almacenados en una computadora Pentium con sistema operativo OS/2.

    Después de realizar un barrido horizontal, se voltea físicamente el altavoz sobre la montura del posicionador para hacer un barrido vertical, y usualmente también se hacen barridos diagonales. El objetivo de tanto barrido es capturar una "huella dactilar" completa y absolutamente precisa del dispositivo bajo prueba.

     

     

     

     

  • Bibliografía

  • http://www.meyersound.com/sp/chamber_sp.htm

    http://www.acieroid.es/acustica/index.htm

    http://www.mclink.it/com/bruel/eng/anecho.htm

    http://www.mclink.it/com/bruel/eng/indexgb.htm

    http://www.rockfibras.com

     

    Título: Acústica de Locales: Salas Anecoicas

    Categoría: Física:Sonido

    Descripción: Las salas Anecoicas están formadas por una estructura aislada del exterior y en su interior, para evitar la reflexión de sonidos por las paredes, suelos y techos, se forra mediante unas cuñas de longitud a definir en función de la absorción deseada. Dichas cuñas una vez calculadas se fabrican en diversos materiales como son espumas, fibras de vidrio, lanas de roca etc. La cámara anecoica ideal es un recinto totalmente libre de reverberaciones acústicas. Cualquier sonido proyectado dentro del recinto, a cualquier frecuencia, es completamente absorbido. La efectividad de una cámara anecoica se mide en dB de rechazo (la relación entre el sonido directo y el sonido reflejado dentro de un recinto). Una cámara debería proporcionar un rechazo mayor a 80 dB entre 80 Hz y 20 kHz, lo cual es excelente para una cámara de tamaño mediano. Para medir las críticas octavas medias y superiores, una cámara anecoica sigue siendo la única herramienta verdaderamente confiable para realizar mediciones precisas.