Principios básicos de la acústica arquitectónica

OBJETIVOS
 Específico
 Analizar los principios básicos de la acústica y su
aplicación en el diseño arquitectónico atendiendo a lo
establecido en la norma venezolana como medio para
crear recintos que mantengan el confort auditivo del
usuario
 De la clase
 Descomponer el proceso de propagación del sonido
en sus elementos básicos familiarizándose con los
términos y símbolos acústicos, considerando su
importancia para el diseño arquitectónico y la salud
del usuario

PRINCIPIOS BÁSICOS DEL SONIDO
 Atributos
 Longitud de onda λ (en m). la distancia entre dos
puntos consecutivos del campo sonoro en el
mismo estado de vibración en cualquier instante
del tiempo
 Frecuencia f que se entiende como el número de
oscilaciones por segundo de la presión sonora en
Hz o ciclos (C/s)
 La velocidad (en m/s), producto de las dos
primeras, la cual depende del medio de
transmisión

 La frecuencia es percibida como el tono y la fuerza del
sonido, se mide ya sea por la presión p en (Pa) que es
la fuerza que ejercen las partículas de aire por unidad
superficie (para medir la magnitud de un campo
sonoro). O por su densidad de potencia o intensidad I
(en W/m2) [3]. La potencia (P) de una fuente de
sonido se mide en watts (w).
 La relación entre P e I depende del medio de
transporte, pero en aires en condiciones normales (ρ=
1,18/ kg/m3), V= 340 m/s) se toma como:

 Tonos puros y ancho de banda
 Sonido de tonos puros puede ser descrito por una
curva sinusoidal lisa de una frecuencia particular,
sólo se puede generar electrónicamente. Los
sonidos generados por instrumentos siempre
contienen algunos armónicos
 La frecuencia fundamental es el primer armónico,
el segundo armónico es el doble de esa
frecuencia, el tercero es tres veces mayor y así
sucesivamente.

 Tonos puros y ancho de banda
 La mayoría de los sonidos contienen muchas
frecuencias y se conocen como sonidos de banda
ancha. Una octava se extiende desde f a 2f
(100Hz a 2000Hz); un octavo de banda
usualmente se designan por su frecuencia central
(fc) y sus límites se definen como:
Central 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Límites 22 44 88 177 354 707 1414 2828 5656 11312

 Clasificación de los sonidos
 Sonidos deterministas que pueden ser periódicos
simples (tonos puros), periódicos complejos poseen
frecuencia de origen o primer armónico y
transitorios que son resultado de una liberación
brusca de energía, poseen un gran número de
frecuencias que no tienen una relación armónica
entre sí.
 Sonidos aleatorios están formados por múltiples
frecuencias de valor impredecible, se emplea la
densidad espectral de potencia (potencia sonora por
unidad de frecuencia). Ruido blanco tiene una
densidad espectral de potencia constante (ejemplo
las cascadas)

 Propagación del sonido
 El volumen del espacio en el que las vibraciones
emitidas son detectables se conoce como “campo
del sonido”, cuando el efecto de las fronteras es
insignificante y no hay reflexiones importantes se
habla de “campo libre” . El sonido se propaga en
todas direcciones de forma radial, distribuido
sobre la superficie de una esfera de radio
creciente.
Intensidad del sonido a cualquier
distancia

 Cuando un frente de onda alcanza un obstáculo, el
patrón original de las ondas continúa por encima del
obstáculo, pero se crea una sombra acústica (muy
clara para sonidos de alta frecuencia), pero a baja
frecuencia ocurre una difracción en el límite del
obstáculo, [3].
Sombra acústica y difracción del sonido. Fuente: Szokolay, 2008; pp.209

 Si dos fuentes contribuyen al campo del sonido, las
intensidades se suman, pero para el cálculo de la
presión se suma el cuadrado de las presiones y el
producto es la raíz cuadrada de ellas

 Cantidades acústicas
 La ley de Fechner establece que la respuesta
humana al estimulo acústico es logarítmica
 Donde
 R: respuesta
 C: constante
 E: estimulo
 La intensidad y la presión son medidas del estimulo,
a bajas intensidades se pueden distinguir pequeñas
diferencias, pero la sensibilidad del oído se reduce
con intensidades más altas

 El logaritmo de la relación I/Io es el Bel, pero como
este es una unidad grande se utiliza su submúltiplo
el decibel
 De I o p pueden derivarse los siguientes niveles
 Los valores de referencia de estos niveles son el
umbral de audibilidad
Nivel de intensidad de
sonido
Nivel de intensidad de
presión

 La sensibilidad del
oído varia con la
frecuencia del
sonido, la
sensibilidad a los
tonos puros se traza
en un grafico de
frecuencia con
curvas designadas
por el nivel de ruido
a 1KHz y el nivel de
intensidad sonora
(fon)
Curvas de igualdad sonora, definición de la
escala fon. Fuente: Szokolay, 2008; pp.211

 El rango audible va de 20 Hz a 20 KHz
 En donde los sonidos subsónicos son < 20Hz
(infrasonidos) y los ultrasónicos > 20 KHz (ultrasonidos)
 Para una frecuencia de 20Hz la correspondiente λ es igual
a 17,5 m; mientras que para los 20 KHz λ es igual a 1,72
m.
 1 dB es mínimo cambio de nivel sonoro perceptible.
 5 dB cambio de nivel claramente perceptible.

 10 dB incremento asociado a sonoridad doble.
 65 dB causa molestias (resultado a nivel psicológico,
nervios) por encima ocurre fatiga mental y corporal.
 90 dB exposición continua durante muchos años puede
causar alguna pérdida de la audición
 100 dB se puede perder agudeza auditiva con corto
periodo de exposición, por largos periodos se causan
daños irreparables
 120 dB doloroso
 150 dB Sordera instantánea [3]

 Percepción del sonido en función de f
 Para niveles de presión bajos el oído es insensible a
bajas frecuencias. Para los niveles bajos el oído
presenta una cierta atenuación de altas
frecuencias. A medida que los niveles aumentan el
oído responde de manera más homogénea en toda
la banda de f audibles
Niveles audibles en función de la frecuencia
junto con las zonas correspondientes a la
música y la palabra. Fuente: Carrión, 1998;
pp.37.

 Percepción del sonido en función de f
Niveles audibles en función de la frecuencia
junto con las zonas correspondientes a la
música y la palabra. Fuente: Carrión, 1998;
pp.37.
Niveles audibles en función de la frecuencia.
Fuente: Carrión, 1998; pp.36.

 ¿Cuán fuerte es demasiado fuerte?
Nivel en decibeles Lo que oímos
10 dB Respiración normal
20 dB Crujido de las hojas, mosquitos
30 dB Susurros
40 dB Arroyo, sonido del refrigerador
50-60 dB Oficina tranquila
50-65 dB Conversación normal
60-65 dB Risa
70 dB Aspiradora, secador de pelo
75 dB Lavaplatos/lavavajillas
78 dB Lavadora
80 dB Compactador de basura, ruido del tránsito en la ciudad

La exposición prolongada a cualquier ruido por encima de 90 dB puede
causar pérdida gradual de la audición.
84 dB Camión diesel
70-90 dB Vehículo de recreación
88 dB Metro, motocicleta
85-90 dB Cortadora de césped
100 dB Tren, camión de basura
97 dB Prensa de periódico
98 dB Tractor

La exposición regular de más de 1 minuto puede provocar pérdida
permanente de la audición.
103 dB Un jet sobrevolando a 100 pies de altura
105 dB Moto de nieve
110 dB Taladro, sierra eléctrica, orquesta sinfónica
120 dB Trueno, discoteca/boom box
110-125 dB Equipo estereofónico
110-140 dB Conciertos de rock
130 dB Despegue de aviones, escopeta
145 dB Autos de carrera (boom cars)

 Criterios de evaluación de ruido en un recinto.
Curvas NC
 Se realiza por comparación de los niveles de ruido
existentes en cada banda de octava comprendida
entre 63 Hz y 8 KHz con un conjunto de curvas de
referencia NC (noise criteria), estas sirvan también
para establecer los niveles de ruido máximos
recomendables para diferentes tipos de recintos

 Criterios de evaluación de ruido en un recinto.
Curvas NC

 Directividad de la voz
 La directividad aumenta con la frecuencia, además
existe un factor de directividad (Q) el cual es igual a
2.
 En la zona frontal de las personas la directividad es
mayor.
 El nivel de presión sonora es más alto en la banda
de 500 Hz que en la banda de 4KHz.
 El nivel sonoro asociado las vocales es mayor que el
asociado a las consonantes.
 La directividad de la voz provoca una percepción de
la voz menor detrás del locutor [2].

 Directividad de la voz
Contribución
frecuencial al nivel
de la voz y la
inteligibilidad de la
palabra. Fuente:
Carrión, 1998;
pp.46

 Fonación Humana
Duración
Contenido
frecuencial
dominante
Nivel
Contribución
a la
inteligibilidad
de la palabra
Vocales 90 ms Bajas f
Nivel vocales
⋍ nivel
consonatnates
+12 dB
Baja
Consonantes 20 ms Altas f Alta
Fuente: Carrión, 1998; pp.45.

 Propagación del sonido en espacios libres
 Para fuentes sonoras omnidireccionales el factor de
directividad Q es igual a 1.
 A una distancia d cualquiera el nivel de presión del
sonido será siempre el mismo.
 A medida que se aleja de la fuente la esfera es
mayor y el nivel de presión disminuye 6dB cada vez
que se dobla la distancia, tal como se muestra en la
figura 68.
 Un mensaje oral emitido en una zona silenciosa
puede ser oído a una distancia máxima de 42 m en
dirección frontal y 17 m en dirección posterior [2].

 Propagación del sonido en espacios libres
Propagación esférica del sonido en espacios abiertos. Fuente: Carrión, 1998;
pp.48

 Propagación del sonido en espacios cerrados
 Existen dos formas de propagación del sonido en
este tipo de espacios la primera engloba las
reflexiones que llegan inmediatamente después del
sonido directo o primeras reflexiones (orden ≤ 3) y
la segunda es la que abarca las reflexiones tardías o
cola reverberante (orden > 3).
 Una reflexión es de orden “n” cuando el rayo
sonoro asociado ha incidido n veces sobre las
diferentes superficies del espacio.
 El límite temporal para la zona de primeras
reflexiones es de 100ms [2].

 Acústica geométrica
 Las primeras reflexiones tienen un nivel de energía
mayor que la cola reverberante y dependen
directamente de la forma geométrica del espacio,
son específicas de cada punto, determinan las
características acústicas propias del espacio [2].
 La reflexión del sonido se da como un rayo de luz
en un espejo
Reflexión especular del sonido. Fuente:
Carrión, 1998; pp.52.

 Ecos
 Las reflexiones que llegan con un retardo de 50ms
desde la llegada del sonido directo, son integradas
por el oído.
 Si tiene un retardo > a 50ms son negativas para la
inteligibilidad de la palabra y se denominan ecos.
 50ms equivale a una diferencia de 17 m entre el
sonido directo y la reflexión.
 Un eco flotante es la repetición múltiple del sonido
en un intervalo breve, ocurre cuando se ubica una
fuente sonora entre superficies altamente
reflectantes enfrentadas que no han sido tratadas
acústicamente [2]

 Ecos
Eco flotante. Fuente: Carrión, 1998; pp.56

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