acústica arquitectonica
DESCRIPTION
Apuntes de Física sobre Acústica Arquitectónica.TRANSCRIPT
UNIDAD 2: ACÚSTICA
CAPÍTULO 5
ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA
1. Acondicionamiento acústico1.1. Materiales absorbentes: Índices de valoración1.2. Campos de sonido1.3. Tiempo de reverberación
2. Aislamiento acústico2.1. Parámetros de medida del aislamiento acústico2.2. Aislamiento acústico de elementos mixtos
1. Acondicionamiento acústico
ACÚSTICA ARQUITECTÓNICAParte de la Acústica que trata lo relacionado
con los sonidos en la construcción y su entorno
AISLAMIENTO ACÚSTICO
Estudio de la protección contra los ruidos y vibraciones en
recintos habitables
ACÚSTICA URBANÍSTICA
Estudia las intervenciones para
asegurar la protección frente a ruidos
exteriores en zonas urbanas (entorno de
edificaciones)
ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO
Estudio de las intervenciones para mejorar la calidad acústica en el
interior de recintos, supuestamente aislados del exterior, según sea su uso.
1. 1. Materiales absorbentes
La cantidad de energía absorbida por un material, y por tanto, su coeficiente de absorción α,depende de:
¿Cómo puede absorberse la energía acústica?
Mediante un elemento que sea capaz de captar la
energía acústica del sonido y transformarla a
energía mecánica
Mediante sustancias, llamadas absorbentes, que producen un amortiguamiento de las ondas
sonoras al pasar a través de ellos, mediante la transformación de energía sonora en calor
(energía calorífica), por rozamiento
Proceso físico según el que se realice la absorción. Esto depende de:
Tipo de material
Forma y espesor
Mecanismo de montaje
Del ángulo de incidencia del sonido sobre el
material
De la frecuencia del sonido incidente
Índices de valoración de la absorción en un material
Coeficiente de absorción
i
a
EE
=α
Dependencia con la frecuenciaObliga a tener que conocer la curva del coeficiente de absorciónde un material en función de la frecuencia. Normalmente en el
diseño acústico de salas se trabaja con el coeficiente de absorción en las bandas de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz.
Absorción de una superficie
Dado un material de superficie S y coeficiente de absorción α a una frecuencia, se define su absorción a esa frecuencia como:
αSA = Unidades S.I.: m2
llamadas SABINES
Absorción de un local o elemento mixto
Dado un local o elemento mixto formado por N superficies Si y coeficientes de absorción αi a una frecuencia, se define su
absorción total a esa frecuencia como:
NN
N
SSSAAAA
ααα +++==+++=
........
2211
21
Coeficiente de absorción medio de un local o elemento mixto
Dado un local o elemento mixto, se define su coeficiente de absorción medio a una determinada frecuencia como
totalSuperficietotalAbsorción
........
21
2211 =++++++
=N
NN
SSSSSS αααα
Utilidad
Sirva para asociar un único coeficiente de absorción en cada frecuencia, a un elemento o sala formada por
materiales de diferente coeficiente de absorción
Ejemplo
Los coeficientes de absorción de los materiales de las superficies de una sala de 25mx20mx6m, vacía, sin ventanas ni puertas, a la frecuencia de 1000 Hz son: Techo: 0.6; Paredes: 0.05; Suelo: 0.1.
Determinar: a) La absorción de la sala; b) El coeficiente de absorción medio de la sala
Area de las paredes=2(25x6)+2(20x6)=540 m2
Absorción de las paredes= 540x0.05=27 Sabines
Area del techo y suelo= 25x20=500 m2
Absorción del techo=500x0.6=300 Sabines
Absorción del suelo= 500x0.1=50 Sabines
Absorción total= 27+300+50=377 Sabines
Area total: 540+500+500=1540 m2
Coeficiente de absorción medio=377/1540=0.25
1. 2. Campos de sonido
Supongamos una sala en la que existe un foco emisor (fuente sonora) y un punto de recepción. A este punto, en todo instante de tiempo, están llegando dos tipos de sonido:
-Sonido directo de la fuente
-Sonido procedente de las reflexiones en todos los obstáculos de la sala. Se dice que una reflexión es de orden “n” si el sonido asociado ha incidido “n” veces sobre las superficies de los obstáculos.
Las reflexiones pueden dividirse en dos tipos según su orden
1) Primeras reflexiones (de orden bajo): Llegan pronto a la fuente
2) Reflexiones tardías (de orden elevado): Tardan más tiempo en llegar a la fuente. Estas reflexiones forman lo que se llama “Cola reverberante”.
Las primeras reflexiones son básicas para reforzar el sonido directo en una
sala. La sala debe diseñarse geométricamente para ello, impidiendo
obstáculos que las eliminen y/o eliminen el sonido directo
A causa de la absorción de las superficies y del aire de la sala, el nivel sonoro de las
reflexiones va disminuyendo con el tiempo. Las reflexiones tardías suelen ser menos
energéticas que las tempranas.
Conclusión: Las primeras reflexiones y la cola reverberante dependen mucho de la geometría y de la absorción de la sala.
Nivel sonoro del sonido directo y de cada reflexión: Ecograma
Supongamos que en una sala conectamos una fuente en un instante de tiempo y medimos el nivel de presión sonora en un determinado punto de la sala:
1-Al principio el nivel va creciendo, como consecuencia de la llegada del sonido directo de la fuente y del sonido reflejado.
2-Al cabo de un cierto tiempo, como la fuente no aumenta más, el nivel en dicho punto se mantiene constante, y siempre es suma del sonido directo y del reverberante.
3-Si en un instante apagamos la fuente, el nivel en dicho punto disminuye, pues ya no hay sonido directo. Pero el sonido no disminuye instantáneamente, sino que lo hace
progresivamente, ya que van llegando reflexiones tardías. Es decir, el sonido tarda un tiempo en desaparecer totalmente. A este fenómeno se le llama REVERBERACIÓN
Por tanto, el nivel de presión sonora total en un punto de la sala se obtiene por contribución de dos niveles:
-Nivel del sonido directo (LD), que depende de la distancia a la fuente (a menor distancia mayor nivel)
-Nivel del sonido reflejado o reverberante (LR), que depende de la absorción de todas las superficies de la sala
+= 24
log10)(rQLdBL WD π
+
+=aire
WR AALdBL 4log10)(
RDTOTAL LLL ⊕=Q: Directividad de la fuente emisora; Q=1 fuente omnidireccional; Q≤1
r: Distancia fuente-punto recepción (m)
LW: Nivel de potencia de la fuente sonora (dB)
A: Absorción total de la sala en Sabines
Aaire: Absorción del aire
CAMPO DIRECTO (LD)
Para distancias r pequeñas (puntos próximos a la fuente), predomina el sonido directo: Se dice que estamos en zona de campo directo. En esta zona el nivel sonoro disminuye 6dB
cada vez que duplicamos la distancia. Es como si el receptor estuviese en campo libre
CAMPO REVERBERANTE (LR)
Para distancias grandes (puntos lejanos a la fuente) predomina el sonido reverberante: Se dice que estamos en zona de campo reverberante. En esa zona el nivel se mantiene
constante de un punto a otro
Si el grado de absorción de la sala aumenta, el nivel reverberante (LR) disminuirá
Tipos de salas según su nivel reverberante
Sala viva: Baja absorción y alta reverberación
Sala apagada: Alta absorción y baja
reverberación
1. 3. Tiempo de reverberación
Para medir la reverberación de una sala se emplea el denominado TIEMPO DE REVERBERACIÓN (TR):
Tiempo desde que el foco emisor se detiene hasta que el nivel sonoro cae 60dB respecto del nivel estacionario
Su valor depende de:
-Geometría de la sala
-Grado de absorción total de la sala (materiales que recubren las
superficies de la sala, incluidas las personas, muebles, cortinas, etc.)
-Frecuencia
-Del punto donde se mida
Fórmula de Sabine para el tiempo de reverberación
airessuperficietotal
totalR
AAAA
V0.161T
+=
= V: Volumen sala (m3)
Atotal: Absorción total de la sala, incluida la del aire (Sabines).
Si la Absorción aumenta ⇒ TR disminuye
Si la Absorción disminuye ⇒ TR aumentaEs una fórmula
aproximada, más valida válida si:
-Reflexión difusa
-Geometría regular de la sala
-Coeficiente medio de absorción de la sala
inferior a 0.4
TR es un parámetro básico en la calidad acústica de un local
Si TR es bajo, SALA SORDA
Si TR es alto, SALA VIVA
Toda sala de audición, independientemente de otros parámetros acústicos, tiene que tener un TR adecuado a su
uso, dependiente de su volumen
¿Qué efecto produce la reverberación?
Un alargamiento de los sonidos individuales, de forma que permanecen audibles un tiempo después de haber sido emitidos, entremezclándose su audición con la de sonidos posteriormente
emitidos
Salas de uso de la palabra (aulas, conferencias, teatros, etc.)
El efecto de la reverberación no es positivo. Al mezclarse los sonidos se pierde claridad y, por tanto, inteligibilidad de la palabra. Hacen falta, pues, salas sordas, con bajo TR
Salas de uso musical (óperas, salas de conciertos, etc.)
El efecto de la reverberación es positivo, pues al mezclarse los sonidos, la música gana en vivacidad y plenitud (se hace más armoniosa). Hacen falta, pues, salas vivas,
con alto TR. No obstante, cada tipo de música, requiere un valor de TR distinto
A: Palabra
B: Música
Valores recomendados de TR según el uso de la sala y su volumen
Ejemplo de cálculo del TR con la fórmula de Sabine
Aula D12-EUAT; V=838m3; Uso: palabra; TR (óptimo)≅0.83 s
0.600.580.500.500.760.98C
0.560.530.470.470.710.93B
0.520.500.440.440.670.89ATR(s)
223.845234.004271.296270.620178.431137.656C
240.624252.313289.605287.577190.467144.501B
257.403270.612307.914304.535202.503151.437AABSORCIÓN TOTAL
2.1420.3002.1420.3002.1420.3001.7850.2501.4280.2001.4280.2007.14Taburete plástico
(C)
1.0710.3001.0710.3001.0710.3000.8930.2500.7140.2000.7140.2003.57Taburete plástico
17.850.35019.380.38019.380.38017.850.35012.750.2507.650.15051 p.Personas(B)
35.70.35038.760.38038.760.38035.70.35025.50.25015.30.150102 p.Personas(A)ASIENTOS
5.4280.0305.4280.0305.4280.0305.4280.0307.7800.0439.0470.050180.93Madera pintada
Mesas
0.2070.0400.2070.0400.2070.0400.2070.0400.2750.0530.3110.0605.18Madera barnizada
Pizarra
0.5640.1000.5640.1000.5640.1001.0150.1801.9180.3401.4100.2505.64Mad.Contra-chapado
Puertas
2.4430.0404.2790.0706.1130.1009.1700.15012.230.20018.340.30061.13V. ComúnVentanas
2.4970.0104.9940.0204.9940.0202.4970.0102.4970.0102.4970.010249.69TerrazoSuelo
202.20.810209.70.840247.20.990247.20.990149.80.600102.40.410249.69Fibra vidrioTecho
8.3130.0506.6500.0404.6550.0283.3250.0202.4940.0152.1610.013166.25Yeso pintadoParedes
A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)α
4000Hz2000Hz1000Hz500Hz250Hz125HzS(m2)TipoAula D12
Ejemplo 2: Mejora del acondicionamiento acústico de una oficina revistiendo el techo con tableros acústicos que poseen los siguientes coeficientes de absorción: 0.49 (250Hz), 0.74
(500Hz), 0.78 (1000Hz), 0.78 (2000Hz)
Características de la sala
Muro de yeso pintado
Puerta de dos hojas de roble
Techo de yeso pintado
Suelo de losetas termoplásticas
Tiempo de reverberación sin tratamiento del techo
AAVTR
2.5216.016.0 ==32.5290.236 mxxV ==
2.012.502.512.52TR(s)
4.173.593.353.30Absorción
2.250.540.720.420.24
0.050.030.040.070.08
1.350.720.540.720.25
0.030.040.030.120.09
0.900.720.361.080.29
0.020.040.020.180.10
0.670.540.271.500.32
0.0150.030.0150.250.11
45.06181862.94
MuroSueloTecho VentanaPuerta
A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αS(m2)
2000 Hz1000 Hz500 Hz250 HzFrecuencia
Tiempo de reverberación con tratamiento del techo
0.470.480.500.70TR(s)
17.4917.0916.3111.85Absorción
2.250.5414.040.420.24
0.050.030.780.070.08
1.350.7214.040.720.25
0.030.040.780.120.09
0.900.7213.321.080.29
0.020.040.740.180.10
0.670.548.821.500.32
0.0150.030.490.250.11
45.06181862.94
MuroSueloTecho VentanaPuerta
A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αS(m2)
2000 Hz1000 Hz500 Hz250 HzFrecuencia
2. Aislamiento acústico
Parte de la Acústica Arquitectónica cuyo objetivo es proveer a los ocupantes de las edificaciones una adecuada protección frente a ruidos
Hay tres tipos de Aislamiento según el tipo de ruido que debe aislarseRuido aéreo
El ruido llega a los cerramientos del local receptor por el aire. La onda sonora incidente pone en vibración el cerramiento, lo que genera una onda sonora en el local receptor
(onda transmitida), de menor energía que la onda incidente
Ruido de impacto
El ruido se genera por un golpe de corta duración sobre los cerramientos
del local receptor, el cual los hace entrar en
vibración, y emitir ondas sonoras.
Ruido de vibración
El ruido procede de la vibración de otros
elementos (máquinas, motores, etc.) situados sobre los cerramientos
del local receptor.
Transmisión de ruido aéreo entre salas
interiores
Transmisión de ruido aéreo entre el
exterior y una sala interior
Transmisión de ruido de impacto a través
de la estructura
El aislamiento en la construcción tiene por objeto no sobrepasar los niveles exigidos por la norma básica de la edificación (condiciones acústicas) NBE-CA-88, para los distintos locales, según sea su uso
y según sea la franja horaria. A estos niveles se les llaman NIVELES DE INMISIÓN MÁXIMOS PERMITIDOS
Lógicamente, cuanto más ruido haya fuera del local receptor, mayor aislamiento se requerirá para conseguir estos niveles
permitidos
2. 1. Parámetros de medida del aislamiento acústico
Aislamiento acústico específico de un elemento constructivoSe define como la reducción de intensidad acústica causada por un
elemento constructivo, medida en dB
t
i
IIa log10= Ii= intensidad sonora incidente
It= intensidad sonora transmitida
000
0 log10log10//log10
II
II
IIIIa ti
t
i −== ti LLa −=
90dB 35dBa=90-35=55dB
Aislamiento acústico bruto de un local respecto de otroSe define como la diferencia de niveles de presión sonora en ambos locales en dB
21 LLD −=L1= Nivel de presión sonora en el local emisor
L2= Nivel de presión sonora en el local receptor (corregido el ruido de fondo, NRF, sin la fuente emitiendo en el local emisor)
La transmisión del sonido entre los locales sigue caminos diversos:
-Via directa: A través del cerramiento
-Vías indirectas: Por otros caminos
El aislamiento acústico específico, sólo evalúa la vía directa. Por eso hay que medirlo en laboratorio
El aislamiento acústico bruto, evalúa ambas vías de transmisión. Por eso se mide con el cerramiento puesto en obra
El nivel medido en el local receptor se ve afectado por la absorción total de dicho local (A) (o lo que es lo mismo por su reverberación).
Por ello, no es conveniente usar el aislamiento acústico bruto sino otro índice, llamado AISLAMIENTO ACÚSTICO NORMALIZADO, que tiene en cuenta la
absorción del local receptor. Se define como:
ASDR log10+=
A: Absorción del local receptor
S: Superficie del elemento separador entre locales
Si medimos el TR del local receptor y tenemos en cuenta la fórmula de Sabine (aproximada)
VTSD
TVSDR R
R 163.0log10
/163.0log10 +=+=
V:Volumen del local receptor
Ejemplo
En una medida del aislamiento a la frecuencia de 1000 Hz del elemento separador entre un gimnasio y una vivienda se obtienen las siguientes medidas a dicha frecuencia
-Nivel en el gimnasio (emisor)= L1=96.3dB
-Nivel en la vivienda (receptor)=L’2=32dB
-Nivel de ruido de fondo en la vivienda=27dB
El volumen del local receptor de la vivienda es 75 m3, su absorción total a esta frecuencia es 22.64 Sabines, y la superficie del elemento separador local-gimnasio es de 15 m2. Determinar: a) Aislamiento acústico bruto a 1000 Hz; b) Tiempo de reverberación del local receptor a 1000 Hz; c) Aislamiento acústico normalizado a 1000 Hz
dBa 95.6535.303.96 =−= sAVTR 54.0
64.2275163.0163.0 ===
dBAScorrección 78.1
64.2215log10log10 −===
dBcorrecciónDR 17.6478.195.65 =−=+=
dBNRFLNRFL
35.301010log101010log10)( 1027
1032
1010'22
'2
=
−=
−=−⊕=
Corrección del ruido de fondo
L
Aislamiento acústico bruto global
En cada banda de frecuencia, un elemento constructivo tendrá un aislamiento acústico bruto. El aislamiento acústico bruto global
es el aislamiento total considerando todas las bandas de frecuencia. Normalmente se usan las bandas de 125, 250, 500,
1000, 2000 y 4000 Hz. Ejemplo
51.775.165.264.557.246.949.2D
50.5514.426.131.838.948.545.2L2
102.2589.591.396.396.195.494.4L1
Global400020001000500250125Nivel
)()()( 21 globalLglobalLglobalD −=
MENSAJE IMPORTANTE
El aislamiento de un elemento constructivo depende mucho de la frecuencia del sonido incidente, es decir:
El valor de a, D y R depende mucho de la frecuencia y hay que dar su valor en cada octava o
tercio de octava
Aislamiento acústico normalizado global
Es el aislamiento acústico normalizado considerando todas las bandas de frecuencia. Normalmente se usan las bandas de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz.
Ejemplo anterior
102.3-53.7=48.6R(global)53.716.928.533.640.651.648.9L1-R
72.662.862.755.543.845.5R-2.48-2.39-1.78-1.71-3.09-3.67Corrección0.460.470.540.550.40.35TR(s)75.165.264.557.246.949.2D14.426.131.838.948.545.2L2
102.389.591.396.396.195.494.4L1
Global400020001000500250125Nivel
21 LLD −= correcciónDR +=)/log(10 ASCorrección =
))(()()( 11 globalRLglobalLglobalR −−=
Procedimiento de cálculo
1. Se calcula el nivel global emisor, L1(global)
2. Se calcula el aislamiento acústico bruto en cada banda: D=L1-L2
3. Se calcula, conocido el tiempo de reverberación en cada banda, la corrección por absorción. Corrección=10 log (S/A).
4. Se calcula el aislamiento acústico normalizado en cada banda: R=D+Corrección.
5. Banda por banda, se le resta al nivel emisor L1 el aislamiento normalizado (L1-R). Al resultado se le calcula el nivel global (se llama nivel global receptor corregido).
6. Al nivel global emisor L1(global) del apartado 1, se le resta el nivel global receptor corregido (L1-R) (global), calculado en el apartado 5. El resultado es el aislamiento acústico normalizado global: R(global)=L1(global)-(L1-R) (global).
2. 2. Aislamiento acústico de elementos mixtos
En muchas ocasiones el elemento separador está formado por subelementos con aislamientos distintos. Por ejemplo: Fachadas con ventanas y/o puertas, cubiertas con claraboyas, particiones
interiores con puertas y/o visores, etc.
El aislamiento específico de todo el elemento constructivo será:
∑∑
=
i
ai
ii
iS
Sa 10/10/
log10
Si: Superficie de cada subelemento
ai: aislamientos específicos de cada subelemento
Conclusiones importantes
-El aislamiento del subelemento que menos aísla condiciona muchísimo el aislamiento del conjunto. Por ello, conviene combinar elementos con aislamiento
acústico lo más próximo posible.
-El aislamiento acústico del conjunto es como máximo, 10 dB superior al del subelemento con menos aislamiento. Por ello, las puertas, ventanas y sobretodo rendijas, afectan fuertemente de manera negativa al aislamiento del conjunto del
cerramientoCalcular el aislamiento específico de una pared formada por un tabique ciego de 15 m2 con
un aislamiento específico de 38 dB y una puerta de 3 m2 con 20 dB de aislamiento específico
dBa 45.27
10
3
10
15315log10
1020
1038
=+
+=
¿cómo cambia el aislamiento del conjunto si la puerta aísla 35 dB?
dBa 33.37
10
3
10
15315log10
1035
1038
=+
+=