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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Anteproyecto de un estudio de grabación T E S I S Que para obtener el título de Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica P R E S E N T A Víctor Hugo Bautista Morales Miguel Ángel Espinosa García ASESORES Ing. José Javier Muedano Meneses Ing. Amparo Vázquez Saldaña México D.F. Diciembre 2013 Víctor Hugo Bautista Morales A mi madre Minerva del Carmen Morales Malacara (q.e.p.d.) quien me enseño a perseverar hasta el último instante, confiar en mí y nunca perder la fe; gracias a su conducta ejemplar llena de virtudes, valores intachables y un ejemplo de vida a seguir, a ella le brindo mi esfuerzo y dedicación plasmado en este trabajo que fue siempre uno de sus más grandes anhelos, por ello estoy orgulloso de haberlo logrado. A mi padre Carlos Víctor Bautista Ramírez, ejemplo de dedicación, fortaleza, honradez, bondad y humildad. Quien con su esfuerzo y sacrificio me dio valores y sobre todo educación. A ambos les agradezco su cariño, amor, sacrificio, su tiempo y dedicación, su apoyo incondicional día con día para que yo fuese un hombre de bien, a ellos debo todo lo que soy, siendo para mí un digno ejemplo a seguir. Te amo mamá, vives en mi corazón, en mis pensamientos y te honraré el resto de mi vida. Te amo papá, siempre valoraré el gran ser humano que eres y todo lo que me has brindado. 4 A mi hermano Carlos, quien me ha compartido los mejores consejos. A mi compañera de trabajo Bárbara, gracias por tu amistad y apoyo en los momentos más difíciles. Cómo no te voy a querer. A mí querida Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica – Zacatenco. A mi compañero de tesis Miguel Ángel Espinosa García, amigos y profesores. A mis asesores, por su valioso apoyo y cooperación: Ing. José Javier Muedano Meneses Ing. Amparo Vázquez Saldaña 5 Miguel Ángel Espinosa García Agradezco especialmente a mi mamá, Raquel García Huirache de Espinoza, mi papá Benjamín Espinoza Ixtay a mis hermanos Orlando e Iván, quien sin ellos no podría ser esto posible, agradezco que en todo momento tuviera su apoyo, cariño y comprensión. A mis maestros asesores por brindarme lo mejor de su tiempo, conocimientos y experiencias. A mis compañeros y amigos, en especial a Víctor Hugo Bautista Morales, quienes sin esperar algo a cambio compartieron su conocimiento, momentos de alegría y tristeza y a todas aquellas personas que durante más de cinco años estuvieron a mi lado apoyándome y lograron que este sueño se haga realidad. 6 Objetivo General. Diseñar un estudio de grabación en la azotea de una casa habitación. Objetivos Específicos. Aislar y acondicionar el recinto del ruido cumpliendo con la curva de ruido propuesta para un estudio de grabación. Acondicionar electroacústicamente el recinto. Justificación. Debido a que existen pocos estudios de grabación y en el país los costos para su uso son elevados, se pretende diseñarlo en la azotea de una casa habitación; acondicionándolo de tal forma que el ruido producido dentro del recinto sea imperceptible para la comunidad que lo rodea y adecuado para el personal que labore dentro; brindando los servicios de grabado de sesiones de voz, grupos musicales, producir “demos”, así como también generar fuentes de empleo y brindar un lugar confortable que sirva de ensayo para cualquier grupo musical. 7 Introducción El propósito del presente proyecto es proponer soluciones acústicas que cumplan con los requisitos necesarias para un estudio de grabación. Se toma como base los conocimientos de la Acústica Arquitectónica, con la finalidad de ofrecer un servicio de excelencia en el registro de voz y música. En el primer capítulo se mencionan las bases teóricas usadas para poder brindar soluciones más claras y entendibles en la resolución del problema. Se parte de la definición de los conceptos más básicos de la Acústica Arquitectónica como: sonido; ruido; tiempo de reverberación y la forma de calcularlo; acondicionamiento y aislamiento acústico, entre otras cosas. Para identificar el problema, en el segundo capítulo se parte de la ubicación del recinto especificando con imágenes el área disponible para el diseño. Por medio de la norma oficial Mexicana NOM-081.ECOL-1994, se determinan las zonas críticas y se hacen las mediciones pertinentes. Haciendo cálculos de nivel equivalente de cada una de las zonas así como un cálculo de nivel equivalente final de las cinco zonas, se obtiene una gráfica de ruido donde se aprecia el ruido de fondo que existe en la zona y el nivel de ruido al que se pretende llegar. En el capítulo tercero se proponen las dimensiones que forman parte de cada una de las salas del estudio y se calculan las resonancias a fin de aproximarlas a los límites establecidos por Bolt; se estiman los tiempos de reverberación óptimos en cada una de las salas. Finalmente se proponen los materiales y la distribución de los mismos para así poder dar una adecuada solución al aislamiento acústico junto con el tiempo de reverberación. En el último capítulo se hizo el análisis total de la mano de obra y construcción de la estructura de los cuartos, la cantidad y costos de los materiales acústicos y equipo electroacústico, adhesivos, inmuebles, cables, entre otras cosas. 8 Índice. Capítulo I Marco Teórico. 1.1 Acústica Arquitectónica. ......................................................................................................... 11 1.2 ¿Qué es un estudio de grabación? ........................................................................................... 11 1.3 Sonido. .................................................................................................................................... 12 1.4 Fenómenos del Sonido. ........................................................................................................... 13 1.4.1 Velocidad de propagación. ............................................................................................... 13 1.4.2 Reflexión. ......................................................................................................................... 13 1.4.3 Refracción. ....................................................................................................................... 15 1.4.4 Difracción. ........................................................................................................................ 16 1.4.5 Absorción. ........................................................................................................................ 16 1.5 Ruido. ...................................................................................................................................... 17 1.5.1 El ruido rosa. .................................................................................................................... 17 1.5.2 El ruido blanco. ................................................................................................................ 18 1.6 Aislamiento Acústico. ............................................................................................................. 19 1.7 Criterios de evaluación del ruido de fondo en un recinto. ....................................................... 21 1.8 Sonómetro. .............................................................................................................................. 24 1.9 Acondicionamiento Acústico. .................................................................................................25 1.10 Reverberación. ...................................................................................................................... 28 1.10.1 Cálculo del Tiempo de Reverberación (Tr). ................................................................... 28 1.10.2 Tiempos de Reverberación recomendados. .................................................................... 29 1.10.3 Coeficiente de absorción de cada material. .................................................................... 31 1.11 Criterio para la distribución de los modos normales de habitación. ...................................... 32 1.11.1 Criterio de Bolt. .............................................................................................................. 33 1.12 Características electroacústicas: la señal de audio. ............................................................... 34 1.12.1 Nivel de Tensión. ........................................................................................................... 34 1.12.2 Nivel de Potencia. .......................................................................................................... 35 1.12.3 Distorsión. ...................................................................................................................... 35 1.12.4 Relación Señal/Ruido. .................................................................................................... 36 1.12.5 Respuesta en frecuencia. ................................................................................................ 36 9 1.12.6 Impedancia. .................................................................................................................... 37 1.13 Equipo electroacústico y sus características. ......................................................................... 38 1.13.1 Micrófono. ...................................................................................................................... 38 1.13.2 Mesa de mezclas. ............................................................................................................ 39 1.13.3 Amplificadores. .............................................................................................................. 40 1.13.4 Altavoces. ....................................................................................................................... 41 Capítulo II Identificación del problema. 2.1 Descripción y ubicación de las condiciones de la vivienda. ................................................... 43 2.2 Dimensiones del terreno. ......................................................................................................... 44 2.3 Zonas Críticas. ......................................................................................................................... 46 2.4 Niveles de ruido medidos en ponderación A por bandas de octava. ....................................... 47 2.5 Niveles máximos, mínimos y promedio. ................................................................................. 48 Capítulo III Propuesta de solución. 3.1 Diseño del estudio de grabación en obra negra con base en el criterio de Bolt. ..................... 51 3.2 Aislamiento Acústico. ............................................................................................................. 55 3.2.1 Aislamiento Acústico del exterior al interior. .................................................................. 55 3.2.2 Aislamiento Acústico del interior al exterior ................................................................... 60 3.3 Tiempo de Reverberación óptimo. .......................................................................................... 65 3.4 Tiempo de Reverberación en Obra Negra. .............................................................................. 69 3.5 Tiempo de Reverberación Óptimo contra Obra Negra. .......................................................... 72 3.6 Acondicionamiento Acústico. ................................................................................................. 73 3.6.1 Acondicionamiento Acústico para la Sala de Control. ..................................................... 73 3.6.2 Acondicionamiento Acústico para la Sala de Grabación. ................................................ 78 Capítulo IV Materiales, equipo y costos. 4.1 Obra Negra. ............................................................................................................................. 85 4.2 Materiales acústicos. ............................................................................................................... 87 4.3 Equipo electroacústico. ........................................................................................................... 88 10 4.4 Inmueble y accesorios. ............................................................................................................ 89 4.5 Presupuesto total. .................................................................................................................... 89 4.6 Costos del ingeniero por el diseño. ......................................................................................... 89 Conclusiones. ................................................................................................................... 90 Referencias. ...................................................................................................................... 93 Anexos. .............................................................................................................................. 97 Anexo A. Sonómetro Phonic PAA3. ............................................................................................. 97 Anexo B. Criterio de construcción para azoteas en base al peso. ................................................. 99 Anexo C. Relación para convertir mediciones lineales a ponderación A. .................................. 100 Anexo D. Niveles de Presión Sonora. ......................................................................................... 101 Anexo E. Tablas de materiales. ................................................................................................... 103 Anexo F. Características de los materiales acústicos, adhesivos, equipo electroacústico e inmueble y accesorios. ................................................................................................................ 104 Anexo G. Conexiones a entradas balanceadas. ........................................................................... 125 Apéndices........................................................................................................................ 126 Apéndice A. Medidas realizadas con el Sonómetro Phonic PAA3. ............................................ 126 Apéndice B. Cálculos del Tiempo de Reverberación. ................................................................. 132 Apéndice C. Materiales de construcción en obra negra. ............................................................. 138 Apéndice D. Micrófonos utilizados para cada instrumento. ....................................................... 146 Apéndice E. Desviación estándar, N50 y N10. ............................................................................... 147 11 Capítulo I Marco Teórico. 1.1 Acústica Arquitectónica. La Acústica Arquitectónica estudia los fenómenos vinculados con una propagación adecuada, fiel y funcional del sonido en un recinto; ya sea una sala de concierto, un estudio de grabación, sala de cine o un auditorio, etc. Las habitaciones o salas dedicadas a una aplicación determinada (por ejemplo para la grabación de música, para conferencias o para conciertos) deben tener cualidades acústicas adecuadas para dicha aplicación. Como Miyara menciona en sulibro “por cualidades acústicas se entiende como una serie de propiedades relacionadas con el comportamiento del sonido en el recinto, entre las cuales se encuentran las reflexiones, reverberación, existencia o no de ecos y resonancias, cobertura sonora de las fuentes, etc.” [1]. 1.2 ¿Qué es un estudio de grabación? Alejandro Neri Rendón en su artículo comenta. “Los estudios de grabación son lugares destinados al registro de voz y música, en condiciones tales que al reproducir posteriormente el material obtenido, se tenga la sensación de encontrarse frente a frente con el intérprete” [2]. Se considera entonces a una sala de grabación como el espacio destinado para grabar, generar y editar sonidos musicales, además de que la estancia de los intérpretes dentro del recinto es agradable y confortable, considerando lo extensa que resulte ser la grabación de un proyecto musical, y teniendo en cuenta que se trabaja en un sitio completamente aislado del mundo exterior. Existen 3 tipos diferentes de Estudios de Grabación. Home Studio o Estudio Casero: Gracias a la evolución de los computadores y del software de grabación, este tipo de micro estudios es cada vez más populares. Cualquier persona 12 puede tener un home studio y producir música desde su cuarto. Son muchos los productores independientes de música electrónica que producen sus tracks desde sus habitaciones, logrando canciones totalmente profesionales. Project Studio: Este tipo de estudio es cada vez más popular. Son estudios independientes, de tamaño medio, pero con buenos equipos. Ahora muchas de las producciones musicales de artistas reconocidos se llevan a cabo en este tipo de estudios. Profesional Studio o Estudio Profesional: De estos ya no quedan muchos y son una inversión difícil de recuperar. Son estudios enormes, generalmente en construcciones aisladas, con varias salas de grabación, varias salas de control y mucho personal trabajando en diferentes proyectos. Eran los estudios donde las grandes bandas grababan sus discos en gigantes consolas SSL y con micrófonos de alta gama. Pero sea cual sea el tipo de estudio de grabación, todos comparten partes, componentes o elementos similares. Todos necesitan algún equipo para capturar el sonido, escucharlo, editarlo y procesarlo. Así mismo, también pueden ser utilizados para el doblaje de películas, series de televisión, documentales, entre otros. Los locales de grabación centran su actividad principalmente en la producción musical y ocasionalmente en la publicidad mientras que el servicio de doblaje se orienta a la producción cinematográfica y de televisión, realizando tareas de apoyo a la producción y postproducción necesarias para la realización de obras audiovisuales. Por tanto, los estudios de grabación orientan su actividad principalmente hacia el mundo de la música y la publicidad. 1.3 Sonido. Ana María Jaramillo indica que “el sonido es una pequeña alteración de la presión atmosférica producida por la oscilación de partículas, a través de las cuales se transmite 13 longitudinalmente la onda sonora. Este fenómeno puede producir una sensación auditiva” [3]. En otras palabras son vibraciones mecánicas que se propagan a través de un medio, en este caso el aire, y que es capaz de producir una sensación auditiva. El oído humano capta la onda comprendida en el rango de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz. Se puede decir que el sonido en un recinto presenta siempre el mismo comportamiento básico por el hecho de encontrarse “encerrado”; el sonido total que reciba un oyente, o bien, un dispositivo de captación de sonido (micrófono). Existe sonido directo e indirecto. El sonido directo es el que proviene directamente de la fuente de sonido (boca de la persona que habla o canta, instrumento musical, etc.). 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. 1.4 Fenómenos del Sonido. 1.4.1 Velocidad de propagación. La onda sonora requiere de un medio para propagarse, sea cual sea. Las características de ese medio tales como temperatura, humedad, densidad y elasticidad, depende de la velocidad de propagación. “El estudio que concierne es, primordialmente, la acústica arquitectónica, es decir la acústica de los recintos y en ellos el medio de propagación siempre es el aire. El sonido viaja por el aire aproximadamente a 345 m/s” a una temperatura de 20°C [4]. 1.4.2 Reflexión. Es el fenómeno que se produce “cuando la onda sonora choca con una superficie lisa, sólida, plana y de dimensiones superiores a su longitud de onda” (longitud de un ciclo 14 completo, se simboliza con λ), “esta es devuelta en direcciones opuestas formando con la superficie el mismo ángulo de incidencia” [5], ver Figura 1.1. Figura 1.1 Reflexión del sonido. Al analizar el sonido reflejado en un punto cualquiera del recinto en 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”, y una segunda formada por “reflexiones tardías” que constituyen la denominada “cola reverberante”. “La reflexiones se producen de forma continua y sin cambios bruscos, las primeras reflexiones llegan de forma más discreta debido a que son reflexiones de orden bajo (orden ≤ 3). Una reflexión es de orden “n” cuando el rayo sonoro ha incidido “n” veces sobre las diferentes superficies del recinto antes de llegar al receptor”. Desde un punto de vista práctico, “se suele establecer un límite temporal para la zona de primeras reflexiones de aproximadamente 100 ms desde la llegada del sonido directo, aunque dicho valor varía en cada caso concreto en función de la forma y del volumen del recinto” [6]. 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 1.2 se representa de forma esquemática la llegada de los diferentes rayos sonoros a 15 un receptor junto con el ecograma asociado, con indicación del sonido directo, la zona de primeras reflexiones y la zona de reflexiones tardías (cola reverberante). Figura 1.2 Ecograma asociado a un receptor con indicación del sonido directo, la primera reflexión y la cola reverberante. 1.4.3 Refracción. Es el fenómeno que se produce cuando la propagación del sonido es afectada. Más específico, es “la desviación que sufren las ondas en la dirección de su propagación, cuando el sonido pasa de un medio a otro diferente” [7], a diferencia de lo que ocurre en el fenómeno de la reflexión, en la refracción, el ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia, ver Figura 1.3. Figura 1.3 Refracción del sonido. 16 1.4.4 Difracción. Es un fenómeno acústico que afecta a la propagación del sonido, dispersando las ondas sonoras. “La difracción del sonido se produce cuando las ondas sonoras, en lugar de seguir en la dirección normal, se dispersan” [8], cuando la onda incide sobre una abertura, superficie u obstáculo que impide su propagación, todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas, ver Figura 1.4. Figura 1.4 Difracción del sonido. 1.4.5 Absorción. “Es el fenómeno que afecta a la propagación del sonido. Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía se refleja, pero un porcentaje de ésta es absorbida por el nuevo medio. Todos los medios absorben un porcentaje de energía que propagan, ninguno es completamenteopaco, el resto de la energía es reflejada o atravesada del objeto” [9], ver Figura 1.5. Figura 1.5 Absorción del sonido. 17 En un recinto cualquiera, la reducción de la energía asociada a las ondas sonoras, tanto en su propagación a través del aire como cuando inciden sobre sus superficies límite, es determinante en la calidad acústica final del mismo. Básicamente, dicha reducción de energía, en orden de mayor a menor importancia, es debida a una absorción producida por: El público y las sillas. Los materiales absorbentes y/o los absorbentes selectivos (resonadores), expresamente colocados sobre determinadas zonas a modo de revestimientos del recinto. Todas aquellas superficies límite de las salas susceptibles de entrar en vibración (como, por ejemplo, puertas, ventanas y paredes separadoras ligeras). El aire. Los materiales rígidos y no porosos utilizados en la construcción de las paredes y techo del recinto (como, por ejemplo, el hormigón). 1.5 Ruido. Auditivamente se acostumbra llamar ruido a aquellos sonidos que no son agradables, como por ejemplo el ruido producido por una máquina, un avión, un grito, etc. Sin embargo, la definición más aceptada de ruido es en el área de la acústica se indica como “un sonido no deseado” [10]. Los ruidos que se pueden considerar más interesantes desde el punto de vista de la ingeniería, son el ruido rosa y el ruido blanco. 1.5.1 El ruido rosa. El ruido rosa es un nivel sonoro que está caracterizado por un descenso de tres decibeles por octava (una octava es el intervalo entre dos sonidos de la escala musical que tienen una 18 relación de frecuencias igual a 2, y que corresponde a ocho notas de dicha escala musical). Pero el ruido rosa no tiene el mismo nivel en todas las frecuencias. Se utiliza para analizar el comportamiento de salas, altavoces, equipos de sonido, etc. Ver Figura 1.6. Figura 1.6 Espectro del ruido rosa tomado en Steinberg WaveLab. 1.5.2 El ruido blanco. El ruido blanco es nivel sonoro constante en todas las frecuencias. Si se visualiza con un analizador con filtros de octava, se puede observar que el espectro mostrado no es lineal como se ha dicho que es el ruido rosa, si no que aumenta 3 dB por octava. Esto se debe al mismo fenómeno que con el ruido rosa, al doblar la octava se dobla el ancho de banda y si se tiene el mismo nivel sonoro en todas las frecuencias, el nivel sonoro por octava se doblará y aumentará 3 dB con respecto al anterior. Ver Figura 1.7. 19 Figura 1.7 Espectro del ruido blanco tomado en Steinberg WaveLab. 1.6 Aislamiento Acústico. Es importante tomar conciencia de la necesidad de un aislamiento acústico en construcciones y las ventajas que esto ofrece a nuestro confort. Tampoco lo que se pretende es molestar a familiares y vecinos con el sonido producido por ruidos ajenos, ni se quiere ser molestado por ruidos indeseados provenientes del exterior. Aislar acústicamente un recinto significa impedir que los sonidos generados dentro del mismo trasciendan hacia el exterior y, recíprocamente, que los ruidos externos se perciban desde su interior. Como menciona Miyara en su libro “La aislación acústica (o aislación sonora) es muy importante en todo lo que tenga que ver con sonido profesional. Si el recinto es una sala de concierto o de espectáculos en la cual se ejecuta o propaga música a alto nivel sonoro, es preciso evitar que los sonidos trasciendan convirtiéndose en ruidos molestos al vecindario. Si se trata de una sala de grabación o un estudio radiofónico, cualquier ruido proveniente del exterior contamina el sonido que se desea difundir o grabar [11], en pocas palabras, aislar significa impedir que un sonido penetre en un medio o que salga de él. 20 También es importante aclarar que una solución de aislamiento acústico no está relacionada con una solución de acondicionamiento acústico. Poner materiales absorbentes en una sala, no ayuda prácticamente en nada a la hora de aislarla (tan solo se consigue una pequeña reducción de 6 ó 7 dB al disminuir la presión del campo reverberante). Un techo, pared o suelo que forme parte de un aislamiento acústico ha de pesar muchos Kg por metro cuadrado para ser eficaz. Pero en sí, la verdadera dificultad radica cuando se tienen ventanas, puertas, tomas de cableado, tuberías, escaleras, etc. Para las puertas y ventanas, existen modelos con un aislamiento mayor a los habituales. En las instalaciones más críticas (salas de control y de músicos en un estudio de grabación) suelen emplearse puertas dobles, una ubicada en la sala falsa interior y otra en la sala real, así como ventanas puestas del mismo modo. Sin embargo, aún queda el problema más complejo de todos, una correcta ventilación. Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado. El aislamiento que ofrece el elemento es la diferencia entre la energía incidente y la energía trasmitida, es decir, equivale a la suma de la parte reflejada y la parte absorbida. En una primera aproximación al problema, se observa que la aislación sonora se logra interponiendo una pared o tabique entre la fuente sonora y el receptor. La aislación es tanto mayor cuanto mayor sea la densidad superficial (kg/m 2 ) del tabique y cuanto mayor sea la frecuencia del sonido. Esta es la razón por la cual las paredes gruesas (y por lo tanto pesadas) ofrecen mayor aislación que las delgadas. A bajas frecuencias las melodías son graves, y a altas frecuencias las melodías son agudas. Tomando como guía lo mencionado en el libro del Ingeniero Miyara en el cual se da un ejemplo más claro de las propiedades que deben de tener algunos materiales para un mejor acondicionamiento, Miyara dice que un análisis más detallado indica que es posible obtener una mayor aislación acústica por medio de tabiques dobles, o, más generalmente, múltiples. http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_ac%C3%BAstica 21 En otras palabras, dada una cantidad de material (por ejemplo 20 cm de espesor de hormigón) se obtiene mayor beneficio si se divide en dos partes (en este caso dos paredes de 10 cm cada una) y se separa con un espacio de aire. Si el espacio de aire se rellena con algún material absorbente (típicamente, lana de vidrio), el resultado es una aislación todavía mayor. También se utiliza el concepto de tabique doble para construir ventanas de gran aislación sonora, como las “peceras” que separan la sala de control de la sala de grabación de los estudios. En este caso se utilizan dos hojas de vidrio grueso de distintos espesores (por ejemplo 6 mm y 8 mm), fijados al marco mediante masillas no endurecibles de silicona. En los bordes interiores (en forma más o menos oculta) se coloca material absorbente, como lana de vidrio o espuma de poliuretano. Para evitar que por diferencias de temperatura se produzcan condensaciones por dentro, lo cual empañaría los vidrios, se colocan gránulos de gel sílico, un poderoso deshumectante. En la Figura1.8 se muestra la estructura de una ventana de este tipo [12]. Figura 1.8 Corte según un plano horizontal de una ventana de doble vidrio. Obsérvese el diferente espesor de los vidrios. 1.7 Criterios de evaluación del ruido de fondo en un recinto. El autor Antoni Carrión Isbert menciona que “la evaluación objetiva del grado de molestia que un determinado ruido ambiental provoca en un oyente se realiza por comparación de los niveles de ruido existentes en un recinto, en cada banda de octava comprendida entre 63 Hz y 8 KHz, con un conjunto de curvas de referencia denominadas NC (Criterio de Ruido) ver Figura 1.9. 22 Las curvas NC son, además, utilizadas de forma generalizada para establecer los niveles de ruido máximos recomendablespara diferentes tipos de recintos en función de su aplicación (oficinas, salas de conferencias, teatros, salas de conciertos, estudios de grabación, etc.). Se dice que un recinto cumple una determinada especificación NC (por ejemplo NC- 15) cuando los niveles de ruido de fondo, medidos en cada una de dichas bandas de octava, están por debajo de la curva correspondiente. Figura 1.9 Curvas NC. Las curvas NC siguen de forma aproximada la evolución de la sensibilidad del oído en función de la frecuencia. Esto significa que, para una determinada curva, los niveles NPS máximos permitidos a bajas frecuencias (sonidos graves) son siempre más elevados que los correspondientes a frecuencias altas (sonidos agudos), ya que el oído es menos sensible a medida que la frecuencia considerada es menor [13]. Para verificar el cumplimiento de una determinada especificación NC, es necesario analizar el ruido de fondo presente en el recinto por bandas de octava. El nivel de ruido de fondo en un recinto se puede representar por el Nivel Global de Presión Sonora (Neq) medidos en dBA. 23 En la Tabla 1.1 se muestran las curvas NC recomendadas para diferentes tipos de recintos, junto con su equivalencia en dB [14]. Tabla 1.1 Curvas NC recomendadas y niveles de ruido de fondo equivalentes (dBA). Tiempos de recintos Curva NC recomendada Equivalencia en dBA Estudio de grabación 15 28 Salas de conciertos y teatros 15-25 28-38 Hoteles (habitaciones individuales) 20-30 33-42 Salas de conferencias / Aulas 20-30 33-42 Despachos de oficinas / Bibliotecas 30-35 42-46 Hoteles (vestíbulos y pasillos) 35-40 46-50 Restaurantes 35-40 46-50 Salas de ordenadores 35-45 46-55 Cafeterías 40-45 50-55 Polideportivos 40-50 50-60 Talleres (maquinaria ligera) 45-55 55-65 Talleres (maquinaria pesada) 50-65 60-75 En la Tabla 1.2 se muestra los valores del NPS correspondiente al índice NC [15]. 24 Tabla 1.2 Valores del Nivel de presión sonora correspondiente al índice NC. NC Niveles de presión sonora en bandas de octava (dB) Frecuencias centrales (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 47 51 54 57 60 64 67 71 74 77 80 83 36 40 44 48 52 57 60 64 67 71 75 79 29 33 37 41 45 50 54 58 62 67 71 75 22 26 31 35 40 45 49 54 58 63 68 72 17 22 27 31 36 41 46 51 56 61 66 71 14 19 24 29 34 39 44 49 54 59 64 70 12 17 22 28 33 38 43 48 53 58 63 69 11 16 21 27 32 37 42 47 52 57 62 68 1.8 Sonómetro. Es un instrumento electrónico que permite medir sonidos bajo condiciones rigurosamente prefijadas, de manera que los resultados obtenidos sean siempre objetivos y repetitivos, dentro de unos márgenes de tolerancia conocidos. Dicho aparato recibe el nombre de sonómetro. El sonómetro mide exclusivamente niveles de presión sonora. Su unidad de procesado permite realizar medidas globales, o bien por bandas de frecuencias, con diferentes respuestas temporales (respuestas “Rápido”, “Lento”, “Impulso” o “Pico”). Los elementos que debe tener un sonómetro son: un micrófono, caratula, ponderación A, B, C y D. Existen también diferentes tipos de sonómetros, estos son de uso general y se usan cuando las medidas realizadas no requieren gran precisión, los integradores que promedian el nivel 25 de ruido e incorporan funciones más avanzadas dependiendo de la sensibilidad y la precisión del equipo. Los sonómetros se clasifican en dos clases que son de máxima precisión y los de propósito general. Los sonómetros tienen un rango dinámico que indica el nivel de presión sonora máximo que se puede medir como el mínimo, también tienen lo que es curva de ponderación que aproximan la respuesta en frecuencia las más habituales que son: la curva A, B, C, D y la ponderación temporal que modifica el tiempo durante el cual se realiza la medida, las principales son: lento, rápido, impulso y pico. 1.9 Acondicionamiento Acústico. La finalidad de acondicionar acústicamente un determinado recinto ya sea cerrado o al aire libre es lograr que el sonido proveniente de una fuente sea irradiado por igual en todas direcciones logrando un campo sonoro difuso ideal. Cuando se accede a una habitación por primera vez en la que no hay mueble y está totalmente vacía se puede comprobar que al dar una palmada, el sonido se escucha con una reverberación (Algo muy malo para los monitores de un estudio, ya que se da una percepción del sonido muy mal y los bajos se elevan mucho haciendo de estos que se escuchen de una forma desfasada). Se pretende eliminar ecos acústicos y reverberación para hacer que el sonido suene mucho más claro y se pueda trabajar perfectamente con los monitores. Para acondicionar un recinto se parte de los conceptos básicos de reflexión, absorción y difusión. Los materiales de construcción y los revestimientos tienen propiedades absorbentes muy variables. A menudo es necesario, tanto en salas de espectáculo como en estudios de grabación y monitoreo realizar tratamientos específicos para optimizar las condiciones acústicas. Ello se logra con materiales absorbentes acústicos, es decir materiales especialmente formulados para tener una elevada absorción sonora. Existen varios tipos de materiales de esta clase. El más económico es la lana de vidrio, que se presenta en dos 26 formas: como fieltro, y como panel rígido. La absorción aumenta con el espesor, y también con la densidad. Permite absorciones sonoras muy altas. Otro tipo de material son las espumas de poliuretano o de melamina. Son materiales que se fabrican facetados en forma de cuñas anecoicas (Figura 1.10a). Esta estructura superficial se comporta como una trampa de sonido, ya que el sonido que incide sobre la superficie de una cuña se refleja varias veces en esa cuña y en la contigua. El resultado es un aumento de la superficie efectiva de tres veces o más (Figura 1.10b). Figura 1.10(a) Material absorbente a base de espumas poliuretánicas con terminación superficial en cuñas anecoicas. (b) Mecanismo por el cual las cuñas anecoicas logran gran absorción sonora. Para tratamiento acústico de cielorrasos se pueden emplear plafones fonoabsorbentes basados en fibras minerales (basalto), fibra de vidrio, fibras celulósicas, corcho, etc., con diversas terminaciones superficiales de fantasía. En general se instalan suspendidas por medio de bastidores a cierta distancia de la losa. Cuanto mayor es la separación, mejor es la absorción resultante, sobre todo si se intercala algo de lana de vidrio. Es necesario efectuar aquí dos advertencias. La primera se refiere al poliestiren o expandido (telgopor). Si bien es un excelente aislante térmico, sus características acústicas son muy limitadas, contrariamente a lo que mucha gente supone, y por lo tanto no debe utilizarse en aplicaciones en las que la absorción o la aislación acústica sea crítica. La segunda advertencia es con respecto a la costumbre de recubrir los cielorrasos con cajas de huevos, bajo la creencia de que son buenos absorbentes del sonido. En realidad no son efectivas para esta aplicación, debido a que carecen de la porosidad y el volumen necesarios. Tal vez la confusión se origine en la semejanza que presentan con las cuñas anecoicas. No son recomendables para ninguna aplicación acústica formal. 27 El tratamiento de pisos se realiza normalmente con alfombras, las cuales son más efectivas si se colocan sobre bajo alfombras porosos de fibra vegetal (arpillera, yute) o poliéster. El efecto de las alfombras no se reduce a absorber el sonido, sino que atenúan los ruidos de pisadas u objetosque caen o rozan el suelo (por ejemplo, cables de micrófonos). A igual estructura, la absorción de una alfombra aumenta con el espesor. El tipo de fibra constitutiva de una alfombra (lana, nylon) no afecta significativamente a su coeficiente de absorción. En resumen, existen varios tipos de materiales: Materiales Absorbentes: Son aquellos que se emplean para absorber el sonido y ciertas frecuencias. Ver Figura 1.11. Figura 1.11 Material aislante. Materiales Reflectantes: Se usan para reflectar el sonido y suelen ser de materiales lisos no porosos. Materiales Difusores: Reflejan y dispersan el sonido como una bruma en todas las direcciones. Ver Figura 1.12. Figura 1.12 Material aislante. Un buen acondicionamiento se obtiene aplicando revestimientos absorbentes y ubicando los espacios en función de las fuentes de ruido. http://1.bp.blogspot.com/-YvXOvcekMJw/UDSlDTfdUTI/AAAAAAAABHI/EgqUJgvbDBs/s1600/absorbenete-alveolar-2-unidades.jpg http://4.bp.blogspot.com/-ZQMHDMGsasw/UDSlSSSUewI/AAAAAAAABHQ/95FE72HPGqk/s1600/absorbente.jpg http://4.bp.blogspot.com/-v6OWxbuhHJc/UDSoAMtiJOI/AAAAAAAABHg/PHpG7FxcH6w/s1600/Difusor.jpg 28 1.10 Reverberación. Reverberación es el fenómeno acústico de reflexión que se produce en un recinto cuando un frente de onda o campo directo incide contra las paredes, suelo y techo del mismo. El conjunto de dichas reflexiones constituye lo que se denomina campo reverberante. El parámetro que permite cuantificar el grado de reverberación de una sala es el llamado Tiempo de Reverberación (Tr), ver Figura 1.13. Figura 1.13 Fenómeno de Reverberación. 1.10.1 Cálculo del Tiempo de Reverberación (Tr). Se conoce como tiempo de reverberación el tiempo que transcurre, medido en segundos, desde que la fuente emisora deja de emitir sonido hasta que la presión sonora cae en 60 dB respecto a su valor inicial, ver Figura 1.14 [16]. Figura 1.14 Tiempo de Reverberación Tr60. 29 Para obtener los cálculos del (Tr) se puede emplear la fórmula de Sabine y la de Eyring. “La diferencia entre estas dos fórmulas es que: la fórmula de Sabine es precisa cuando los materiales de las superficies de la sala tienen poca absorción, y sin embargo conforme esta absorción va aumentando, la fórmula de Eyring proporciona mejores resultados” [17]. Por ello se emplea la ecuación 1.1 de Sabine para realizar los cálculos. donde: V = Volumen total de la sala [m 3 ]. A = Absorción total del recinto [m 2 ]. Si= Cada una de las superficies absorbentes dentro del recinto [m 2 ]. αi = Coeficiente de absorción correspondiente a cada una de las superficies. 1.10.2 Tiempos de Reverberación recomendados. En las Figuras 1.15 y 1.16 [18] se señalan los tiempos de reverberación recomendados en función del uso del local y de su volumen. Asimismo se presentan los volúmenes por espectador aplicables según el destino del local. http://www.ingenieriaacusticafacil.com/ingenieria-acustica-como-calcular-el-tiempo-de-reverberacion/formulacion-ingenieria-acustica-sabine-4/ 30 Figura 1.15 Tiempos recomendados en función del uso y volumen del recinto. Figura 1.16 Tiempos Óptimos de Reverberación. 31 1.10.3 Coeficiente de absorción de cada material. Es la relación entre la energía sonora incidente y la energía sonora reflejada dependientes de la frecuencia. Cuando una onda de sonido en una habitación choca contra una superficie, una cierta fracción de ella se absorbe, y una cierta cantidad se transmite en la superficie. Ambas cantidades se pierden de la habitación, y esta pérdida fraccional se caracteriza por un coeficiente de absorción α, que puede tomar valores entre 0 y 1, siendo 1 un absorbente perfecto, ver Figura 1.17. Figura 1.17 Representación del coeficiente de Absorción. La absorción que sufren las ondas sonoras cuando inciden sobre los distintos materiales absorbentes utilizados como revestimientos de las superficies límite del recinto, así como su dependencia en función de la frecuencia, varía considerablemente de un material a otro. Por tanto la correcta elección de los mismos permite obtener, en cada caso, la absorción más adecuada en todas las bandas de frecuencias de interés. Existen dos tipos de elementos específicamente diseñados para producir una determinada absorción: los simplemente denominados materiales absorbentes, y los llamados absorbentes selectivos o resonadores. 32 Los materiales absorbentes se utilizan generalmente para conseguir uno de los siguientes objetivos: Obtención de los tiempos de reverberación más adecuados en función de la actividad (o actividades) a la cual se haya previsto destinar el espacio objeto de diseño. Prevención o eliminación de ecos. Reducción del nivel de campo reverberante en espacios ruidosos (restaurantes, fábricas, estaciones, etc.). 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. Cuanto mayor sea el número de canales, mayor es la absorción producida. El correspondiente coeficiente de absorción α es asignado a la superficie del material [19]. 1.11 Criterio para la distribución de los modos normales de habitación. Existen variados métodos para mejorarla distribución de los modos normales de las habitaciones. Esencialmente, estos métodos tratan de evitar que se degeneren los modos, o sea donde múltiples frecuencias modales caen dentro de un ancho de banda pequeño. La hipótesis es que a medida que el sonido se reproduce en el recinto, la ausencia o potenciación de ciertos elementos tonales altera la calidad del sonido. Son varios los criterios para predecir la distribución óptima de modos propios en función de las proporciones que presentan las dimensiones de un recinto rectangular. Los principales son el criterio de Bolt y el criterio de Bonello. Ambos, no exigen una relación fija entre las proporciones de un recinto, sino permitir una amplia gama de combinaciones entre ellos. El criterio de Bolt es independiente del recinto y del tiempo de reverberación. El criterio de Bonello tiene una mejora respecto al de Bolt, debido a que es sensible al cambio de volumen, pero no está directamente relacionado con el tiempo de reverberación [20]. 33 1.11.1 Criterio de Bolt. Richard H. Bolt otorga en su criterio un amplio rango de proporciones para el diseño de la sala, con el fin de producir las características más suaves en baja frecuencia. Esto es aplicable en recintos rectangulares de pequeñas dimensiones. Ver Figura. 1.18 [21]. Figura 1.18 Sala rectangular de tres dimensiones. En la Figura 1.19 se presenta el modelo de Bolt, en el cual a partir de una altura unitaria z = 1, se puede obtener distintas relaciones dimensionales de longitud (x) y de anchura (y), dentro del área sombreada, con valores razonables de diseño. Figura 1.19 Gráfico de proporciones favorables para salas rectangulares para lograr una distribución modal de frecuencias uniforme, siendo la parte sombreada el área de Bolt. 34 Esto verificaría que, cualquier relación que se halle dentro del área de Bolt, produce una buena calidad en bajas frecuencias en la sala, tanto como sea posible en relación con la distribución de los modos axiales [22]. 1.12 Características electroacústicas: la señal de audio. 1.12.1 Nivel de Tensión. Las señales de audio que se pueden encontrar en los aparatos e instalaciones de sonorización, pueden tener niveles de tensión muy variados, desde 1 mV que produce un micrófono hasta 100 V que se encuentran en las líneas de megafonía tradicionales. En la Figura 1.20 se ven las formas más usadas en electrónica para expresar un nivel detensión. donde: ValorRMS = (Root Mean Qquare, Raíz Cuadrada Media) = 0.707 % ValorPico = 1.414 x Valor RMS Factor de cresta = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑃𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑅𝑀𝑆 Figura 1.20 Nivel de tensión. 35 1.12.2 Nivel de Potencia. Es en la indicación de esta característica de los productos de sonido donde más confusión se ha creado por intereses comerciales, sobre todo en cadenas de sonido de bajo precio y portátiles, auto-radio y altavoces. Se anuncian productos cuya potencia se expresa en infinidad de variedades de watts (continuos, musicales, de pico, PMPO (Peak Music Power Output, Salida Máxima de Potencia Musical), etc.). Para aclarar todo esto se van a repasar las formas más usuales de indicar la potencia de un amplificador. a) Potencia eficaz (W): Es la potencia que un amplificador puede proporcionar continuamente sin sobrepasar un nivel de distorsión RMS indicado (1 %, 3 % ó 10 %). b) Potencia musical (Wmus): Es la potencia que un amplificador puede proporcionar durante un corto período de tiempo (0.2 seg). Da idea de la reserva de energía del amplificador. c) Potencia de pico a pico, PMPO, etc.: Son indicaciones dirigidas a engrandecer la cifra real de watts con efectos publicitarios. Se consiguen utilizando el valor de pico de la tensión de salida en lugar del valor eficaz, y si el equipo es estéreo, a menudo se suman las potencias de ambos canales. 1.12.3 Distorsión. Esta especificación de los productos de sonido permite evaluar su capacidad de procesar la señal de audio sin alterar su timbre o contenido de armónicos. 36 Hay muchos tipos de distorsión, armónica, de intermodulación, etc., aunque la más conocida es la armónica, que se expresa a veces por sus iníciales inglesas (Thd), Total Harmonic Distorsiony se mide en %. Un 0 % de distorsión correspondería a una señal que no ha sufrido ningún deterioro. El ser humano comienza a apreciar distorsiones entre el 0.5 % y el 5 % según la educación del oído. Normalmente se dan cifras de distorsión en los productos electrónicos de audio (amplificadores, ecualizadores, etc.), que suelen estar por debajo del 0.5 % pero raramente se reflejan los índices de distorsión de los altavoces, ya que suelen ser mucho más altas, del 2 % al 10 %. 1.12.4 Relación Señal/Ruido. Esta característica de la señal de audio expresa simplemente la relación de niveles entre la señal en sí y el ruido que inevitablemente le acompaña. Se puede aplicar también a los equipos electrónicos de proceso de la señal de audio (amplificadores, CD, etc.), refiriéndose entonces a la calidad de ruido que añaden a la señal durante el proceso. Se expresa también por sus iniciales S/N y se mide en dB. Cuanto más grande es su valor, menos ruido tendremos en la señal. 1.12.5 Respuesta en frecuencia. Esta característica define el comportamiento de un determinado elemento electroacústico en relación a las diferentes frecuencias que componen la señal de audio. Por supuesto, el elemento ideal es aquel capaz de "tratar a todas las frecuencias por igual" sin realzar o atenuar ninguna, salvo que ésta sea su misión. 37 Sin embargo, hay multitud de elementos cuyo comportamiento es dependiente de la frecuencia que están manejando; por poner un caso extremo, se menciona el teléfono, que tiene una respuesta en frecuencia tan mala que no es capaz de reproducir frecuencias que estén fuera del margen que hay entre 300 y 3.4 KHz. 1.12.6 Impedancia. La Impedancia es la oposición total, incluyendo resistencia y reactancia, que un elemento o circuito eléctrico presenta al paso de la corriente alterna. En electroacústica los elementos y circuitos eléctricos son los micrófonos, altavoces, amplificadores, líneas, etc., y la corriente alterna es la señal de audio. Los amplificadores, reguladores de volumen, etc., son los elementos electrónicos de la instalación de sonido y tienen una o varias entradas y salidas con sus correspondientes impedancias. a) Impedancia de Entrada (Zin): Es la correspondiente a las entradas de señal de audio de cualquier elemento de amplificación o control del sonido. Normalmente presentan valores medios o altos y de componente resistiva o resistiva/capacitiva. En las instalaciones de sonido los valores de impedancia de entrada de los diversos módulos están elegidos de forma que raramente es necesario tenerlos en cuenta al proyectar las instalaciones. b) Impedancia de Salida (Zout): Si en la salida de cualquier elemento electrónico de procesamiento de la señal de audio se hiciera una medida de impedancia se encuentran normalmente, valores muy bajos, entre 0 y 600 Ω. La razón de diseñar los equipos electrónicos con impedancia de salida baja es facilitar la adaptación con otros aparatos y evitar la captación de ruidos y parásitos eléctricos en los cables de interconexión. c) Impedancia Mínima de la Carga (Zmín): Cualquier elemento electrónico puede admitir en su salida cargas cuya impedancia no sea menor de un valor determinado, de lo contrario se provoca una sobrecarga del circuito e incluso una posible avería. La 38 impedancia mínima de carga ha de venir especificada en todos los equipos electrónicos que hayan de ser conectados a otros o a una instalación y, sobre todo, en aquellos destinados a proporcionar potencia, por ejemplo, un amplificador diseñado para trabajar sobre una carga (altavoz) de 8 Ω, no ha de conectarse a uno de 4 Ω, ya que sufre una disminución del rendimiento y un mayor calentamiento. Sin embargo, si se conecta a un altavoz de más impedancia, 16 Ω, el único problema es que se obtiene menos potencia pero el amplificador funciona desahogado. 1.13 Equipo electroacústico y sus características. 1.13.1 Micrófono. El micrófono es un transductor electroacústico que transforma ondas sonoras en señales eléctricas. Recibe la presión sonora en su membrana (o diafragma), y la envía sobre un convertidor mecánico-eléctrico que la transforma en señal eléctrica. Si no hay sonido, no se genera señal eléctrica. Esta señal, una vez manipulada de manera conveniente, se puede volver a escuchar por medio de altavoces o auriculares. Características. Los micrófonos poseen varias características que son las que van a definir sus posibilidades de uso en diferentes situaciones. La sensibilidad nos indica la capacidad de un micrófono para captar sonidos débiles, de poca intensidad. Es la presión sonora que hay que ejercer sobre el diafragma para que nos proporcione señal eléctrica. La fidelidad indica la variación de la sensibilidad respecto de la frecuencia. Es significativa lo parecida que es la señal emitida respecto de la recibida. Se mide esta característica para todo el espectro audible (20 a 20 KHz). Así se proporcionan con los micrófonos sus curvas de respuesta en frecuencia que informan de las desviaciones sobre la horizontal (0 dB). 39 Cuanto más lineal sea esta curva, mayor fidelidad tiene el micrófono. Los de mayor fidelidad son los de condensador. La impedancia de salida es la resistencia que proporciona el micrófono en su conector. Su valor típico está entre 200 y 600 Ω a 1 KHz. A esto se le llama baja impedancia, que es la habitual. Algunos modelos disponen de un conmutador-selector de impedancias. Si la señal del micrófono no es de una impedancia adecuada, hay que adaptarla. Para conseguir esto se utilizan los preamplificadores-adaptadores de impedancia que se suelen disponer en la propia carcasa de algunos micrófonos. Hay que tener en cuenta que la impedancia de salida del micrófono ha de ser como máximo un tercio de la del equipo al que se conecta para evitar pérdida de señal e incremento de ruidos de fondo. En baja impedancia se pueden emplear cables largos sin problemas, mientras que en altas no, porque provocaríanpérdidas por efecto capacitivo. La directividad señala la variación de la respuesta del micrófono dependiendo de la dirección de donde provenga la fuente sonora. Es decir, muestra cómo varía la sensibilidad respecto a la dirección de procedencia del sonido. La directividad de un micrófono se representa mediante los diagramas polares. 1.13.2 Mesa de mezclas. Características. La mesa de mezclas (también llamada consola de mezclas o pupitre de sonido) es el elemento fundamental del estudio de sonido. Básicamente se puede asimilar a una gran autopista, donde cada carril es una línea o agrupación de líneas que llevan sonido. La mesa, por tanto, recibe señales de audio y devuelve otras diferentes que son el resultado de la combinación de las primeras. 40 Es evidente que el número de señales que se devuelva va a depender de la calidad de la mesa, aunque siempre va a generar una salida master L-R, (Left – Right = Izquierda - Derecha) o salida principal. Esta salida es estereofónica. En equipos dedicados a la industria del cine, se generan cuatro salidas (tres frontales de la pantalla y una cuarta de efectos por toda la sala) y es cuadrafónica. La señal que recibe la mesa de mezclas puede ser generada por un micrófono, un lector de CD (Compact Disc = Disco Compacto), un giradiscos, cualquier reproductor o generador de señal sonora (por ejemplo casetes u otros tipos de cinta), o instrumentos musicales eléctricos o electrónicos que produzcan una señal de audio. La mesa de mezclas está preparada para tal cantidad de señales distintas. Por esto tiene una posibilidad de recepción muy extensa. Así, a algún tipo de señales se tienen que amplificar mucho, mientras que otras necesitan una amplificación mucho menor. 1.13.3 Amplificadores. Tiene la misión de llevar la débil señal de entrada (generada por el micrófono o por otros transductores) al nivel necesario para el altavoz. Esto se obtiene por medio de: a) Una ganancia de tensión: la tensión en la salida es mucho mayor que en la entrada, pero siempre proporcional a ella. b) Una ganancia de potencia: la potencia en la salida es mucho mayor que en la entrada a fin de proporcionar al altavoz la potencia necesaria para su funcionamiento, pero la primera es siempre proporcional a la segunda. 41 Características. a) Potencia salida: es la que puede proporcionarse a la salida. Si esta potencia es cedida de forma continuada se llama potencia nominal. La potencia nominal puede variar de 10 W a 200 W, según sea la instalación que debe alimentar. b) Distorsión: modificación que sufre la señal al pasar a través del amplificador. Puede ser: Lineal o de frecuencia: es la que se tiene cuando la relación de amplitud de la señal entre la entrada y la salida es distinta para las diversas frecuencias (el intervalo de frecuencia en el cual se tiene una distorsión inferior a 2 dB respecto a la de 1000 Hz representa la banda útil del amplificador). No lineal o de armónico: es la que se tiene cuando varía el contenido de armónicos de la señal entre la entrada y la salida. c) Niveles de ruido: es un ruido que introduce el amplificador a la salida por efecto de la agitación térmica de los electrones de sus circuitos. d) Diafonía entre canales: tiene lugar cuando hay varias fuentes de entrada de señales y se influyen recíprocamente. 1.13.4 Altavoces. Un altavoz es un transductor o conversor de energía eléctrica en energía acústica. Es decir, el altavoz recibe del amplificador señales eléctricas correspondientes a una determinada información de audio y, por procedimientos muy variados, las transforma en las variaciones de presión del aire circundante correspondientes a esas señales. 42 La corriente eléctrica correspondiente a la señal de audio, circula por la bobina, generando un campo magnético alterno que interacciona con el campo magnético constante del imán, produciendo una fuerza en la bobina que, por ser solidaria del cono se transmite a éste. Esta fuerza ocasiona desplazamientos en el cono, como si de un pistón se tratase, gracias a su suspensión elástica. 43 Capítulo II Identificación del problema. 2.1 Descripción y ubicación de las condiciones de la vivienda. La vivienda se encuentra ubicada en la delegación G.A.M. en la colonia San Juan de Aragon primera sección, entre una vivienda del lado Noroeste (Av. 511) y una pizzería del lado Sureste (Av. 513) y en la Av. 506, la cual es una avenida principal, en la Figura 2.1 se observa la Av. 506 marcada de amarillo, y en un punto rojo la localización de la vivienda. Figura 2.1 Croquis del lugar donde se encuentra la vivienda obtenida en Google Maps. En la Figura 2.2. se aprecia de una manera más detallada la avenida principal (506) y encerrado en un ovalo rojo se encuentra la vivienda en la que se diseña el estudio, se puede observar que la vivienda se encuentra entre una casa vecina del lado izquierdo, cuyos muros son altos, de tabique y de la parte derecha se encuentra una pizzería, la cual cuenta con 3 pisos de altura, en ambos casos ninguna de las dos residencias cuenta con ventanas, y por último, en la parte trasera de la vivienda se encuentra una residencia vecina. 44 Figura2.2 Ubicación satelital de la vivienda a mayor aproximación obtenida en Google Maps. En la Figura 2.3 se observa de una forma más clara la parte frontal de la vivienda, se puede observar la tienda de abarrotes, la casa vecina del lado derecho que cuenta con 2 pisos de alto, la pizzería del lado derecho que cuenta con 3 pisos de alto y lo que viene siendo la avenida principal (506). Figura 2.3 Parte frontal de la vivienda obtenida en Google Maps. 2.2 Dimensiones del terreno. El terreno consta de 10 m de frente por 18 m de largo, el espacio destinado para el diseño del estudio se encuentra en la parte Noreste de la vivienda, el cual cuenta con un espacio libre de 10 m de ancho por 9.8 m de largo aproximadamente, el espacio disponible se encuentra encima de una tienda de abarrotes. 45 En la parte Norte – Noreste se encuentra lo que viene siendo la avenida principal, y la zona en la que se puede detectar mayor cantidad de ruido, del lado Oeste-Noroeste se encuentra una vivienda vecina, al igual que en la parte Sur – Suroeste y por último, en la parte Este - Sureste se encuentra una pizzería Giorgio, ver Figura 2.4. Figura 2.4 Dimensiones del espacio libre donde se pretende construir el estudio de grabación hechos en Google SketchUp 8. . En la Figura 2.5 y 2.6 se observa el terreno en forma real del espacio destinado para la propuesta de construcción del estudio. 46 Figura 2.5 Espacio libre vista frontal. Figura 2.6 Espacio libre vista norte. 2.3 Zonas Críticas. Con base a la Norma oficial Mexicana NOM-081.ECOL-1994, la cual sirve para medir los niveles de ruido para fuentes fijas, se proponen las zonas críticas en la Figura 2.7 los cuales están marcados con puntos rojos y en donde se percibió la mayor cantidad de ruido, las zonas I, II y III son las que dan hacia la avenida principal y es en donde se captó mayor ruido debido al paso de automóviles, patrullas, ambulancias, gente caminando, tráilers, microbuses, entre otros. En las zonas IV y V el nivel de ruido fue menor en comparación a los otros tres puntos debido a la lejanía que hay de la avenida. 47 Figura 2.7 Zonas críticas. 2.4 Niveles de ruido medidos en ponderación A por bandas de octava. A continuación se presenta los niveles de ruido que se obtuvieron al realizar las mediciones. Dichas medidas se realizaron en el transcurso de la tarde entre las 16:00 Hrs y 18:00 Hrs. El procedimiento es el mismopara cada uno de las zonas críticas, se realizaron las medidas con el sonómetro Phonic PAA3 que da resultados por bandas de tercio de octava en forma lineal, de ahí se consideró la tabla 1 (ver Anexos) para obtener los resultadas en tercio de octava pero con ponderación A, finalmente se suman las tercias de banda de forma logarítmica usando la Ecuación 2.1, para obtener la tabla que nos da los resultados en banda de octava con ponderación A (dBA). 𝑁𝑃𝑆 = 10𝑙𝑜𝑔10 (10 𝑁𝑃𝑆1 20 )2 + (10 𝑁𝑃𝑆2 20 )2 + (10 𝑁𝑃𝑆3 20 )2 (2.1) 48 2.5 Niveles máximos, mínimos y promedio. En la Tabla 2.1 se muestran los niveles máximos y mínimos detectados en cada uno de las zonas críticas (ZC). . Tabla 2.1 Niveles máximos y mínimos. Máximos y mínimos (dB) ZC Niveles Frecuencia (Hz) 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I Máximos 54.8 64.8 71.2 73.2 66.4 73.5 67.3 62.6 55.4 Mínimos 25.4 38.8 41.8 49.6 43.8 49.6 43.9 40.2 30.7 II Máximos 55.4 65 74 77.4 87.1 86.5 78.3 68 56.8 Mínimos 25.1 38.2 40.4 44.9 43.3 46.4 43.5 33.9 30.1 III Máximos 58.8 69.6 79 85.7 91.3 91.2 88 84.6 81.8 Mínimos 33.1 42.5 51.8 45.4 46.5 48.2 51.9 39.3 31.8 IV Máximos 46.2 58.7 62.9 62.8 55 58.2 53.9 46.5 40.4 Mínimos 19 31.1 36.7 41.6 40.6 43.4 37.6 32.4 29.9 V Máximos 57.1 55.8 60.1 60.3 57.6 63.6 55.6 51.9 45.5 Mínimos 24.1 37.8 37.3 39.5 40.5 41.9 35.9 32.1 27.7 Basándose en la NOM-081-SEMARNAT-1994 se calculó el nivel promedio o Neq (Nivel equivalente de ruido), se emplea la ecuación 2.2. 𝑁𝑒𝑞 = 10𝑙𝑜𝑔 1 𝑚 10 𝑁 10 𝑚 (2.2) donde: m = Número total de observaciones. N = nivel observado. En la Tabla 2.2 se muestra el nivel promedio para cada uno de las zonas críticas. 49 Tabla 2.2 Niveles promedio. Nivel Promedio (Neq) dado en (dB) ZC Frecuencia (Hz) 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 I 45.6 56.1 62.3 65.0 62.8 66.2 62.0 55.2 47.3 II 45.3 56.5 63.1 66.8 72.2 71.5 64.0 54.6 44.1 III 49.5 60.8 69.0 75.5 79.1 79.3 74.7 70.2 67.7 IV 36.7 50.4 52.3 52.5 49.4 52.9 48.9 41.6 30.3 V 42.8 49.0 51.1 52.7 49.2 54.8 50.5 44.8 36.1 Para hacer la comparación del nivel de ruido obtenido en el área donde se pretende construir el estudio y el NC recomendado para un estudio de grabación (Figura 2.1.) se calculó el Neqfinal de los 5 puntos críticos empleando la ecuación 2.2 (ver Tabla 2.3.). Tabla 2.3 Nivel promedio final. Nivel Promedio final Frecuencia (Hz) Frecuencia(Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 NC-15 (dB) 47 36 29 22 17 14 12 11 𝑵𝒆𝒒(final) (dB) 55.6 63.0 68.9 72.2 72.5 68.0 63.4 60.8 50 Figura 2.1 Gráfica que muestra la diferencia entre NC-15 y nivel de ruido medido. 51 Capítulo III Propuesta de solución. 3.1 Diseño del estudio de grabación en obra negra con base en el criterio de Bolt. Con base en el criterio de Bolt se proponen las dimensiones para la sala de control y de grabación, así mismo se identifican los efectos de Resonancia para cada una de ellas. Para calcular las resonancias normales se considera la dimensión más pequeña de cada una de las salas como la unidad, y se dividen las dimensiones restantes entre la dimensión más pequeña. De esta forma es como se proponen las dimensiones para cada una de las salas que forman parte del estudio de grabación. Ver Tabla 3.1 y Figura 3.1. Tabla 3.1 Dimensiones de las salas apegadas al criterio de Bolt. Alto (eje z) Ancho (eje x) Largo (eje y) Dimensión de la Sala de Control 3 m 4.37 m 7.5 m Resonancias Normales 1 1.46 2.50 Alto (eje z) Ancho (eje x) Largo (eje y) Dimensión de la Sala de Grabación 3.5 m 5.06 m 8.8 m Resonancias Normales. 1 1.45 2.51 52 Figura 3.1 Dimensiones de las salas. En la Figura 3.2 se localizan mediante los ejes “x” y “y” (ver Tabla 1) los efectos de resonancia de cada una de las salas, considerando al eje “z” como la unidad, los cuales están marcados con un punto rojo y azul. Se observa que no se eliminan por completo los efectos de resonancia en cada una de las salas no obstante, se adentran a los límites de resonancia establecidos por Bolt. Figura 3.2 Efectos de resonancia en las salas. 53 Se coloca la sala de control en la parte noroeste de la azotea de la residencia, con un área 32.775 m 2 y volumen de 98.325 m 3 , la sala de grabación está ubicada en la parte este y cuenta con un área de 44.528 m 2 y un volumen de 155.84 m 3 . Posteriormente se proponen las paredes, piso y techo y se calcula el aislamiento y el tiempo de reverberación; esta primera propuesta se llama “Obra Negra”. Tanto la sala de control como la sala de grabación se construyen con muros de bloque de hormigón pintado con dimensiones de (0.49 x 0.19 x 0.19) m [23], piso falso compuesto de Acustilastic-N [24] (Panel de caucho reciclado) y Vigas de madera [25] el cual se muestra en la Figura 3.3, techos de concreto y puertas de madera. Figura 3.3 Piso falso del estudio de grabación. En la Figura 3.4 se ven las dimensiones del estudio, en el cual con la colocación del piso falso la sala de control va a tener un área de 32.775 m 2 y un volumen de 96.03 m 3 y la sala de grabación un área de 44.528 m 2 y un volumen de 152.73 m 3 . 54 Figura 3.4 Primer bosquejo del diseño de estudio de grabación en obra negra. Ambas puertas van a ser colocadas a la altura del piso falso, la puerta que da acceso al estudio se encuentra ubicado en el extremo suroeste de la sala de grabación, así también se coloca una puerta que comunica ambas salas, dicha puerta está ubicada en la pared que las divide en la parte norte - noreste con dimensiones de (0.91 x 2.03) m y un marco de (3 cm de grosor y 34 cm de espesor). Se coloca un visor con dimensiones de (3 x 1) m para que se comuniquen ambas salas [26], ninguna cuenta con ventanas que dan al exterior para evitar distracciones. Ver Figura 3.5. Figura 3.5 Ubicación de las puertas y el visor. 55 La Figura 3.6 muestra el bosquejo del estudio en “Obra Negra” donde se aprecia la altura de la pared exterior que es de (sala de control 3 m, sala de grabación 3.5 m) y la altura de la pared interior con el piso falso instalado (sala de control 2.93 m, sala de grabación 3.43 m). Figura 3.6Vista frontal superior del estudio de grabación. 3.2 Aislamiento Acústico. 3.2.1 Aislamiento Acústico del exterior al interior. Con las medidas de ruido equivalente total de la Tabla 2.3 del Capítulo II, se pretenden ajustar los niveles de ruido urbano tanto para la comunidad como para el estudio (NC – 15). La Guía para el ruido urbano de la OMS (Organización Mundial de la Salud) indica el NPS (Nivel de Presión Sonora) o ruido urbano ambiente en diversas actividades y recintos con los valores recomendados para dichas actividades [27], ver Tabla 3.2. 56 Tabla 3.2Valores guía para el ruido urbano en ambientes específicos. Valores límite Recomendados Recintos Efectos de salud NPS (dB) Tiempo (horas) NPSeq Máx (dB) Exterior habitable Malestar fuerte, día y anochecer Malestar moderado, día y anochecer 55 50 16 16 - Interior de viviendas Dormitorios Interferencia en la comunicación verbal, día y anochecer Perturbación del sueño, noche 35 30 16 8 45 Exterior de los Dormitorios Perturbación del sueño, ventana abierta (valores en el exterior) 45 8 60 Para dar solución al problema de ruido se proponen los materiales para ejecutar el aislamiento acústico en la construcción de la obra negra, ver Tabla 3.3. 57 Tabla 3.3 Materiales propuestos para la obra negra Obra negra sala de control Obranegra sala de grabación Area = 32.775𝒎𝟐 Volumen = 96.03𝒎𝟑 Area = 44.528𝒎𝟐Volumen = 152.73𝒎𝟑 Materiales Materiales Bloque de hormigón pintado Bloque de hormigón pintado 1 Puerta de madera (pared divisora) 2 Puertas de madera (pared divisora y entrada principal) Concreto (techo) Concreto (techo) Concreto (piso) Concreto (piso) Piso falso (Acustilastic N y vigas de madera) Piso falso (Acustilastic N y vigas de madera) Visor acústico (pared divisora) Visor acústico (pared divisora) Con base en los materiales se calcula el aislamiento acústico sumando el NPS que aísla cada uno de los materiales y se compara con la curva NC-15. Ver Tabla 3.4 y Figura 3.7. Tabla 3.4 Aislamiento acústico en obra negra Aislamiento Acústico en obra negra Frecuencia(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Curva NC-15 (dB) 36 29 22 17 14 12 Nivel de ruido reducido en obra negra en base al 𝑵𝒆𝒒 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 (dB) 28.9 29.7 26.6 20.9 9.2 6.8 En la Tabla 3.4 se observa que con los materiales propuestos en obra negra no se llega a los valores deseados de la curva NC-15. Por lo tanto hay que colocar material acústico para dar solución al problema de ruido. 58 Figura 3.7 Gráfica que muestra la diferencia entre el aislamiento acústico en obra negra y la curva NC-15 En la Figura 3.7 se observa que con el aislamiento realizado en obra negra no se cumple con la curva NC-15 en las frecuencias de 125, 250 y 1 KHz. Para solucionar lo anterior se instalan paneles de 1/2” de yeso a cada lado de postes de 3-5/8” (9.20 cm) en la sala de control y paneles dobles de 5/8” de yeso a cada lado de postes de 3-5/8” (9.20 cm) + fibra de vidrio en la sala de grabación [28], [29]. Se asignaron dichos paneles ya que son económicos y fáciles de instalar. Se coloca sellador Adhesivo Liquid Nails Acoustical Souns Sealant en todas aquellas grietas que se encuentran entre las placas evitando así que se filtre el ruido [30], ver Figura 3.8. Figura 3.8 Obra negra más paneles de yeso. 59 Con la colocación de los paneles se superan los niveles de disminución de ruido necesario para cumplir con la curva NC-15. En la Tabla 3.5 y Figura 3.9 se observa la cantidad de dB que se redujeron por debajo de la curva NC-15. Tabla 3.5 Nivel de ruido reducido del exterior al interior. Reducción Acústica de ruido Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Nivel de ruido reducido por debajo de la curva NC-15 usando los paneles acústicos en la sala de control (dB) 35.4 39.4 44.7 52.5 59.2 45.2 Nivel de ruido reducido por debajo de la curva NC-15 usando los paneles acústicos en la sala de grabación (dB) 48 38.7 52.8 56.9 61.9 57.2 Figura 3.9 Gráfica del aislamiento acústico del exterior al interior usando los paneles de yeso. Se observa una considerable reducción de ruido y según la guía para ruido urbano de la OMS, mientras mayor cantidad de ruido se absorba resulta más eficiente el estudio de grabación y es menos perjudicial para las viviendas aledañas. 60 3.2.2 Aislamiento Acústico del interior al exterior. Basándose en la Tabla 2 de los Anexos que muestra el NPS de una banda musical y de una conversación normal, se realiza el análisis y aislamiento adecuado para que el ruido que se produce dentro del estudio no sea perjudicial a las viviendas cercanas. Para comenzar con el análisis se suman los niveles de ruido o NPS de los materiales con los que está diseñada cada una de las salas (bloque de hormigón pintado y paneles de yeso) el cual se nombra como “Suma de materiales” ver Tabla 3.6 y 3.7. Tabla 3.6 NPS de los materiales que conforman la sala de control. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Bloque de hormigón pintado (dB) 34.1 39.2 45.6 51.6 58.8 56.5 Paneles de 1/2” de yeso a cada lado de postes de 3-5/8” (dB) 28.3 40.1 49.3 56.4 54.4 40.1 Suma de materiales (dB) 62.4 79.3 94.9 108.0 113.2 96.6 Tabla 3.6 NPS de los materiales que conforman la sala de grabación. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Bloque de hormigón pintado (dB) 34.1 39.2 45.6 51.6 58.8 56.5 Paneles dobles de 5/8 de yeso a cada lado de postes de 3-5/8” + fibra de vidrio(dB) 40.9 39.4 57.5 60.8 57.1 52 Suma de materiales (dB) 75.0 78.6 103.1 112.4 115.9 108.5 Posteriormente se resta el NPS de una banda musical para la sala de grabación, y de una conversación normal para la sala de control, menos la suma de los materiales, dando como resultado la reducción de ruido para cada una de las salas, ver Tabla 3.7 y 3.8. 61 Tabla 3.7 Aislamiento acústico para la sala de control del interior al exterior. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 NPS de una conversación normal (dB) 65 58 55 60 58 52 Suma de materiales (dB) 62.4 79.3 94.9 108.0 113.2 96.6 Reducción de ruido (dB) 2.6 -21.3 -39.9 -48.0 -55.2 -44.6 Tabla 3.7 Aislamiento acústico para la sala de grabación del interior al exterior. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 NPS de una banda musical (dB) 112 109 108 110 105 96 Suma de materiales (dB) 75.0 78.6 103.1 112.4 115.9 108.5 Reducción de ruido (dB) 37.0 30.4 4.9 -2.4 -10.9 -12.5 De esa forma se observa en la Figura 3.10 y 3.11 que el análisis de aislamiento realizado para ambas salas no es perjudicial para las viviendas que rodean el estudio manteniéndose dentro de los valores guía para ruido urbano establecidos por la OMS. Figura 3.10 Gráfica del aislamiento acústico del interior al exterior en la sala de control. 62 Figura 3.11 Gráfica del aislamiento acústico del interior al exterior en la sala de grabación. De la misma forma se obtiene el aislamiento de la pared que divide ambas salas. En la zona que comunica con la sala de control se colocan paneles modelo BSC 25-5 (fibra de vidrio y tela de poliéster) [31], ya que puede penetrar el ruido. Del lado de la sala de grabación se ponen paneles de 1/2” de yeso a cada lado de postes de 3-5/8”en un área de 17.27 m 2 , ambas puertas, tanto la que comunica a las salas como la que da acceso al estudio, son puertas dobles, a ambos lados de la puerta se colocan paneles modelo BSC 25-5, con la finalidad de evitar que el ruido penetre por las puertas, tanto las puertas como los paneles son fijados con Liquid Nails Panel&Foam [32], ver Figura 3.12 (a), 3.12 (b) y 3.13. (a) (b) Figura 3.12 (a) Pared divisora vista del lado de la sala de control con puerta que comunica a las salas (b) Puerta que da acceso al estudio vista por fuera. 63 Figura 3.13 Pared divisora vista del lado de la sala de grabación. A continuación se suman los materiales que se conforman la pared divisora, ver Tabla 3.8. Tabla 3.8. Suma de los materiales colocados en la pared divisora. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Bloque de hormigón pintado por banda de octava (dB) 34.1 39.2 45.6 51.6 58.8 56.5 Paneles de 1/2” de yeso a cada lado de postes de 3-5/8”(dB) 28.3 40.1 49.3 56.4 54.4 40.1 Modelo BSC 25-5 (fibra de vidrio+tela de poliéster) (dB) 12 16 27 40 44 43 Suma de materiales (dB) 62.4 79.3 94.9 108.0 113.2 96.6 Posteriormente se resta el NPS de la banda musical para la sala de grabación, y de una conversación normal para la sala de control, menos la suma de los materiales, obteniendo como resultado la reducción de ruido para la pared divisora visto por ambas salas como se observa en la Tabla 3.9 y en la Figura 3.14. 64 Tabla 3.9 Aislamiento acústico para la pared divisora. Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 NPS de una banda musical (dB) 112 109 108 110 105 96 Suma de materiales (dB) 62.4 79.3 94.9 108.0 113.2 96.6 Reducción de ruido en la sala de control (dB) 37.6 13.7 -13.9 -38.0 -52.2 -43.6
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