monografía “audio y electroacústica”
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Monografía “Audio y electroacústica”.
Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería
Monografía “Audio y Electroacústica”
Gersson Mateo Hernández.
2019
Ibagué, Colombia
Monografía “Audio y electroacústica”.
Gersson Mateo Hernández V.
Trabajo de grado que se presenta como requisito parcial para optar al título de:
Ingeniero Electrónico.
Director (a):
Ing. Rodolfo José Gutiérrez G.
Profesor Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Electrónica
Ibagué, 2019
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Prologo.
En este libro se ha querido exponer de forma clara y concreta los conceptos y fundamentos
necesarios para comprender la relación entre los sentidos y el mundo exterior, por
consiguiente es necesario consolidar los temas que se pretende abarcar en el documento a
través del estudio de las particularidades básicas del sonido, junto a las características que
determinan las procesos de acondicionamiento acústico de locales, para culminar el
documento mediante el análisis de los criterios que describen el comportamiento de
dispositivos electrónicos relacionados a los sistemas de audio, todo esto con el propósito de
brindar al lector el conocimiento necesario para aprovechar los conceptos y elementos
expuestos en el documento según su necesidad.
Resumen biográfico.
Gersson Mateo Hernández Varón. Estudiante de ingeniería electrónica de la Universidad
de Ibagué.
Ingeniero Rodolfo Gutiérrez González. Graduado de ingeniero electrónico en la
Universidad Central de las Villas (UCLV), Cuba 1983. Master en Telecomunicaciones de la
misma universidad 1997. Profesor en la UCLV durante dieciséis años, profesor invitado en
varias universidades latinoamericanas. Actualmente profesor asociado en la Universidad de
Ibagué desde 2004, Colombia.
Contacto: [email protected]
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Introducción.
En el presente documento se presenta la información requerida para comprender los
principios del audio y la electroacústica, partiendo del estudio sobre el órgano sensorial
encargado de captar el sonido: el oído humano, que partes lo conforman y que función
cumple cada una de ellas, de igual manera se describe de forma detallada el sonido como
onda mecánica, sus parámetros, características y propiedades, además del ruido, cuantos tipo
de ruido existen y que efectos pueden generar en la audición y el comportamiento del ser
humano, culminando este capítulo con el análisis de la propagación del sonido en el espacio
abierto.
El segundo capítulo del texto consiste en el desarrollo de los conceptos pertenecientes al tema
de acústica en recintos, desde los parámetros de la acústica arquitectónica, seguido de los
procesos de medición deben realizarse para analizar la propagación del sonido en espacios
cerrados y que dispositivos se usan en estas tareas, además, del acondicionamiento acústico
de recintos, los materiales que se implementan en esta área y los posibles procedimiento de
tratamiento acústico como la insonorización o el acondicionamiento y diseño de recintos.
En la tercera parte del escrito se trata el campo de la electroacústica, iniciando con el estudio
de los elementos que conforman un sistema de audio, los elementos terminales transductores
como micrófonos y altavoces, los elementos encargados de etapas de procesamiento de
señales como filtros, ecualizadores, amplificadores y mezcladores, finalmente se presentan
las diferentes configuraciones de sistemas de audio. De esta manera se busca ofrecer al lector
información que le permita seleccionar los implementos adecuados para construir un sistema
de audio de acuerdo a su necesidad.
Este documento tiene como propósito presentar un material de apoyo para los estudiantes de
la asignatura “Audio y TV” de los programas de ingeniería, para esto se realizó una
recopilación bibliográfica en la cual se incluye literatura perteneciente a diferentes campos
de la ciencia como la física, la ingeniería y la acústica, relacionados a esta última disciplina
se pueden mencionar referentes clásicos como “Acoustics” de Beranek o “Fundamental of
acoustics” de Kinsler, si bien no se pretende reemplazar los textos afines a la materia, se
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ofrece un compendio teórico basado en la experiencia acumulada entre el docente y el alumno
en el contexto internacional.
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Índice. Introducción.
Prologo.
1. Tema 1: Acústica……………………………………………………………………..13
1.1. El oído humano…………………………………………………………………..13
1.1.1. Oído Externo……………………………………………………………………….13
1.1.2. Oído Medio…………………………………………………………………………14
1.1.3. Oído Interno……………….............................................................................15
1.1.4. Audición…………………………………………………………………………….16
1.2. Ondas mecánicas…………………………………………………………………17
1.2.1. Parámetros de las ondas acústicas………………………………………...18
1.2.1.1. Amplitud……………………………………………………………………18
1.2.1.2. Velocidad…………………………………………………………………..18
1.2.1.3. Frecuencia…………………………………………………………………19
1.2.1.4. Periodo……………………………………………………………………..21
1.2.1.5. Longitud de onda………………………………………………………….21
1.2.2. Formas de Onda…………………………………………………………...22
1.2.2.1. Onda Cuadrada…………………………………………………………...22
1.2.2.2. Onda Triangular………………………………………………………….23
1.2.2.3. Onda Seno…………………………………………………………………23
1.2.3. Propiedades de las ondas mecánicas……………………………………...24
1.2.3.1. Reflexión…………………………………………………………………...25
1.2.3.2. Absorción…………………………………………………………………..26
1.2.3.3. Refracción………………………………………………………………….26
1.2.3.4. Difracción………………………………………………………………….27
1.2.3.5. Interferencia……………………………………………………………….27
1.3. Fundamentos del Sonido………………………………………………………...28
1.3.1. Características del sonido…………………………………………………28
1.3.1.1. Intensidad………………………………………………………………….28
1.3.1.2. Nivel de Presión Sonora…………………………………………………29
1.3.1.3. Tono………………………………………………………………………..30
1.3.1.4. Timbre……………………………………………………………………..31
1.3.1.5. Duración…………………………………………………………………..31
1.3.1.6. Direccionalidad………………………………………………………….32
1.3.1.7. Sonoridad…………………………………………………………………32
1.3.1.8. Enmascaramiento………………………………………………………..33
1.4. Ruido……………………………………………………………………………..34
1.4.1. Tipos de ruido según frecuencia………………………………………….34
1.4.1.1. Ruido de fondo……………………………………………………………34
1.4.1.2. Ruido blanco………………………………………………………………34
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1.4.1.3. Ruido Rosa…………………………………………………………………35
1.4.1.4. Ruido tonal…………………………………………………………………35
1.4.1.5. Ruido de bajas frecuencias………………………………………………36
1.4.2. Tipos de ruido por caracterización temporal……………………………..36
1.4.2.1. Ruido estacionario o continuo…………………………………………..36
1.4.2.2. Ruido intermitente………………………………………………………...36
1.4.2.3. Ruido impulsivo…………………………………………………………...37
1.4.3. Efectos del ruido en el ser humano………………………………………37
1.5. Propagación del sonido en espacios abiertos……………………………………38
1.5.1. Efecto doppler……………………………………………………………………...39
2. Tema 2: Acústica arquitectónica…………………………………………………….42
2.1. Propagación del sonido en recintos cerrados…………………………………..42
2.2. Parámetros de la acústica……………………………………………………….43
2.2.1. Reverberación……………………………………………………………………..43
2.2.2. Tiempo de reverberación…………………………………………………………43
2.2.3. Sonoridad…………………………………………………………………………...44
2.2.4. Claridad…………………………………………………………………………….45
2.2.5. Inteligibilidad……………………………………………………………………...46
2.2.6. Nivel sonoro continúo equivalente………………………………………………47
2.2.7. Resonancia………………………………………………………………………….47
2.2.7.1. Modos de resonancia……………………………………………………..48
2.3. Mediciones acústicas……………………………………………………………..49
2.3.1. Instrumentos de medición…………………………………………………49
2.3.1.1. Sonómetro………………………………………………………………….50
2.3.1.2. Calibrador…………………………………………………………………53
2.3.1.3. Fuentes de impacto……………………………………………………….54
2.4. Materiales acústicos………………………………………………………………55
2.4.1. Materiales absorbentes……………………………………………………………55
2.4.2. Resonadores………………………………………………………………………...58
2.4.3. Trampas para bajos……………………………………………………………….62
2.4.4. Difusores……………………………………………………………………………63
2.5. Acondicionamiento acústico de locales…………………………………………68
2.5.1. Insonorización……………………………………………………………………..68
2.5.2. Tratamiento acústico………………………………………………………………70
3. Tema 3: Electroacústica……………………………………………………………...78
3.1. Transductores…………………………………………………………………….78
3.2. Micrófonos………………………………………………………………………..79
3.2.1. Parámetros de los micrófonos……………………………………………………80
3.2.2. Tipos de micrófonos……………………………………………………………….83
3.2.2.1. Dinámico…………………………………………………………………...83
3.2.2.2. De condensador…………………………………………………………...84
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3.2.2.3. De cinta magnética……………………………………………………….85
3.2.2.4. Electret……………………………………………………………………..86
3.2.2.5. De conexión inalámbrica………………………………………………..86
3.3. Altavoces………………………………………………………………………….88
3.3.1. Clasificación de altavoces según su funcionamiento…………………………89
3.3.2. Clasificación de altavoces según frecuencia…………………………………..90
3.3.3. Clasificación de altavoces según el número de vías………………………….91.
3.4. Cajas acústicas o bafles………………………………………………………….92
3.4.1. Tipos de bafles……………………………………………………………………...93
3.4.1.1. Bafle infinito……………………………………………………………….93
3.4.1.2. Bafle cerrado………………………………………………………………93
3.4.1.3. Bass réflex………………………………………………………………….94
3.4.1.4. Caja acústica de radiador pasivo………………………………………95
3.4.2. Parámetros…………………………………………………………………………96
3.5. Procesamiento de señal…………………………………………………………100
3.6. Amplificadores de audio………………………………………………………..100
3.6.1. Características de los amplificadores de audio………………………………100
3.6.2. Clasificación de los amplificadores de audio………………………………..104
3.7. Filtros y Ecualizadores…………………………………………………………108
3.7.1. Tipos de filtros…………………………………………………………….108
3.7.1.1. Bajos………………………………………………………………………108
3.7.1.2. Altos……………………………………………………………………….109
3.7.2. Divisores de frecuencia (crossover)……………………………………...109
3.7.3. Tipos de ecualizadores……………………………………………………111
3.7.3.1. Gráficos…………………………………………………………………..112
3.7.3.2. Paramétricos……………………………………………………………..114
3.7.3.3. Predeterminados………………………………………………………...115
3.8. Mezcladores……………………………………………………………………..115
3.9. Sistemas de audio……………………………………………………………….117
3.9.1. Topologías de sistemas de audio…………………………………………118
4. Conclusiones………………………………………………...……………………….120
5. Referencias…………………………………………………………………………...121
6. Bibliografía…………………………………………………………………………..125
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Lista de figuras.
Figura 1: El oído humano……………….………………………...………………………………...13
Figura 2: Representación del canal auditivo………...……………………………………………...14
Figura 3: Tímpano y huesecillos del oído medio…………………………………………………...15
Figura 4: Oído interno………….…………………………………………………………………...15
Figura 5: Umbrales de audición y dolor...……………………………...…………………………...16
Figura 6: Propagación del sonido…………………………………………………………………...17
Figura 7: Forma de onda envolvente……...………………………………………………………...18
Figura 8: Representación espectral de una onda cuadrada……..…………………………………...20
Figura 9: Medición de ruido en tercios de octava…………………………………………………..21
Figura 10: Representación de una onda acústica………...………………………………………….22
Figura 11: Onda cuadrada……………………..…………………………………………………….22
Figura 12: Onda triangular………………………………………………………………………….23
Figura 13: Onda diente de sierra…………………………………………………………………….23
Figura 14: Onda Seno…...………………….……………………………………………………….24
Figura 15: Aproximación de Fourier para onda cuadrada.………………………………………….24
Figura 16: Propiedades de las ondas mecánicas…………………………………………………….25
Figura 17: Reflexión de una onda sonora…………..……………………………………………….25
Figura 18: Absorción acústica……………………...……………………………………………….26
Figura 19: Refracción de ondas sonoras…………………………………………………………….26
Figura 20: Difracción de ondas sonoras…………………………………………………………….27
Figura 21: Interferencia……….…………………………………………………………………….28
Figura 22: Tono grave y tono agudo……….……………………………………………………….30
Figura 23: Ejemplos de timbre…………..………………………………………………………….31
Figura 24: Direccionalidad del sonido……..……………………………………………………….32
Figura 25: Curvas isofónicas……….……………………………………………………………….33
Figura 26: Ruido blanco y ruido rosa……………………………………………………………….35
Figura 27: Espectro de ruido tonal………………………………………………………………….36
Figura 28: Representación de ruido impulsivo…..………………………………………………….37
Figura 29: Propagación del sonido en espacio libre y ley del inverso cuadrado………………...….38
Figura 30: Efecto Doppler……….………………………………………………………………….40
Figura 31: Sonido en un recinto…………………………………………………………………….42
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Figura 32: Modos de resonancia…………………………………………………………………….49
Figura 33: Sonómetro……………………………………………………………………………….50
Figura 34: Curvas de ponderación A, B y C.………….…………………………………………….52
Figura 35: Sonómetro y calibrador………………………………………………………………….54
Figura 36: Dodecaedro y patrón de radiación omnidireccional…………………………………….54
Figura 37: Material fonoabsorbente poroso…..…………………………………………………….57
Figura 38: Material fonoabsorbente………………………………………………………………...57
Figura 39: Resonador de membrana..……………………………………………………………….59
Figura 40: Resonadores de membrana en madera…………………………………………………..60
Figura 41: Resonador de cavidad simple y arreglo de resonadores..……………………………….61
Figura 42: Resonador de múltiple cavidad………………………………………………………….61
Figura 43: Sala con absorbentes de diafragma y sala con trampas de graves……...……………….63
Figura 44: Difusor convexo……...………………………………………………………………….64
Figura 45: Difusor QRD…………………………………………………………………………….65
Figura 46: Difusor bi-radial………...……………………………………………………………….65
Figura 47: Sala de conciertos Elbphilharmonie.…………………………………………………….66
Figura 48: Cámara anecoica..……………………………………………………………………….70
Figura 49: Proceso de diseño acústico...…………………………………………………………….71
Figura 50: Teatro de la casa de la cultura: Tres Cantos.…………………………………………….72
Figura 51: Teatro de la casa de la cultura: Tres Cantos….………………………………………….74
Figura 52: Ubicación de los puntos de medida y de la fuente sonora…………...………………….75
Figura 53: Valores medios de los tiempos de reverberación………………………………………..75
Figura 54: Valores de C50 correspondientes a sala vacía y ocupada……………………………….76
Figura 55: Proceso de conversión de energía acústica en energía eléctrica..……………………….78
Figura 56: Proceso de conversión de energía acústica en energía eléctrica………………..……….79
Figura 57: Diagrama de bloques: Sistema de audio simple…………..…………………………….79
Figura 58: Acople de impedancias Micrófono - Amplificador…….……………………………….81
Figura 59: Respuesta en frecuencia típica de un micrófono……..………………………………….81
Figura 60: Diagrama polar y patrones de radiación………..……………………………………….82
Figura 61: Conexión balanceada y desbalanceada………………………………………………….83
Figura 62: Micrófono dinámico o de bobina móvil...……………………………………………….84
Figura 63: Micrófono de condensador……………………………………………...……………….84
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Figura 64: Micrófono de cinta……………...……………………………………………………….85
Figura 65: Micrófono electret……………………………………………………………………….86
Figura 66: Sistema de Planta – Base, micrófono inalámbrico…………………...………………….86
Figura 67: Altavoz de bobina móvil………..……………………………………………………….89
Figura 68: Altavoz pasivo y Altavoz activo…..…………………………………………………….90
Figura 69: Caja acústica de múltiples vías………………………………………………………….92
Figura 70: Altavoz en radiación directa…………………………………………………………….93
Figura 71: Bafle infinito y Bafle cerrado………………………………………………………..….94
Figura 72: Bass Réflex……..……………………………………………………………………….95
Figura 73: Radiador pasivo o fantasma……………………………………………………………..96
Figura 74: Anuncio de equipo con PMPO 2350 W y P. RMS 230 W……………..……………….98
Figura 75: Impedancia de una caja acústica…......………………………………………………….98
Figura 76: Respuesta en frecuencia de una caja acústica de varias vías……...…………………….99
Figura 77: Direccionalidad de caja acústica a 250 Hz………...…………………………………...100
Figura 78: Representación gráfica de ganancia…………………………………………….……...101
Figura 79: Señal sin distorsión y señal distorsionada……………………………………………...102
Figura 80: Respuesta en frecuencia de un amplificador…………………………………………...103
Figura 81: Preamplificador y amplificador de potencia…………………………………………...105
Figura 82: Amplificador de potencia Radson para sonorización..………………………………...106
Figura 83 Planta SONY XM-GS100……….……………………………………………………...107
Figura 84: Filtro Pasa - bajos…………………….………………………………………………...108
Figura 85: Filtro Pasa - altos.……………………………………………………………………...109
Figura 86: Red divisora de frecuencia de única señal……………………...……………………...110
Figura 87: Red divisora de frecuencia de amplificación independiente…………………………...111
Figura 88: Respuesta en frecuencia de ecualizador grafico en posición neutral……...…………...112
Figura 89: Ecualizador gráfico en posición neutral…………...…………………………………...112
Figura 90: Ecualizador gráfico de bandas con acentuación máxima a 1 KHz………………..…...113
Figura 91: Respuesta en frecuencia e. gráfico de bandas con acentuación máxima a 1 KHz.….…113
Figura 92: Ecualizador gráfico de bandas con atenuación máxima a 1 KHz....…………………...113
Figura 93: Respuesta en frecuencia e. gráfico de bandas con atenuación máxima a 1 KHz...….....114
Figura 94: Ecualizador paramétrico…………..…………………………………………………...114
Figura 95: Ecualizador predeterminado: Rock…...…………………………………………...115
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Figura 96: Mezclador en vivo marca Alto…….……………………………………………...……116
Figura 97: Mezclador de grabación……………………………………………………………..…117
Figura 98: Sistemas de audio…………..………………………………………………………..…118
Lista de tablas.
Tabla 1: Velocidad del sonido en diferentes medios…………………..……………………………19
Tabla 2: Referencias de unidades relacionadas al audio……………………………………29
Tabla 3: Niveles de presión sonora en decibeles……………………………………………………30
Tabla 4: Notas musicales y tiempos……...…………………………………………………………32
Tabla 5: Tiempo de reverberación óptimo para recintos……………………………………………44
Tabla 6: Caracterización de redes de ponderación en frecuencia………...…………………………51
Tabla 7: Frecuencias centrales para bandas de octava...……………………………………………53
Tabla 8: Coeficientes de absorción de materiales de acuerdo a la frecuencia………………………56
Tabla 9: Resumen de los materiales acústicos………………………………………………………67
Tabla 10: Información de los materiales usados…..……..…………………………………………73
Tabla 11: Niveles medios para NI (Sala vacía)……………………………………………………..76
Tabla 12: Valores medios de G y Go para 0° y 90°………………..……………………...………..77
Tabla 13: Caracterización de micrófonos………….………………………………………………..87
Tabla 14: Comparación de micrófonos……………………………………………………………..88
Tabla 15: Clasificación de altavoces por intervalos de frecuencia...………………………………..91
Tabla 16: Clasificación de altavoces según el número de vías…………….………………………. 91
Tabla 17: Niveles de audio en sonido profesional…...…………………………………..………...103
Tabla 18: Clasificación de preamplificadores……..…………………………………….………...106
Tabla 19: Configuraciones de sistemas de sonido...…………………………………..…………...119
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1. Acústica. 1.1 El oído humano.
Para comprender los fundamentos de la acústica es importante conocer el sistema auditivo
en el ser humano, a continuación se brinda la información relacionada al órgano sensorial
encargado de esta función, el oído humano, su funcionamiento, que partes lo conforman, y
su margen de audición.
El oído humano es un órgano cuya función es realizar el proceso de percepción de
estímulos sonoros, se encuentra conformado por tres secciones, oído externo, oído medio y
oído interno (ver figura 1). Cada una de estas etapas se encarga de llevar a cabo la
transformación de energía acústica, mecánica y eléctrica respectivamente, para de esta forma
llevar por medio de los nervios la información al cerebro, donde se interpreta.
Figura 1, El oído humano.
Fuente: (FotoNostra, S.F)
1.1.1 Oído externo.
Como se puede observar el oído externo es la parte superficial del órgano sensorial, el cual
se encuentra protegido por una formación de piel y cartílago llamada oreja o pabellón
auditivo, que también cumple la función de direccionar el sonido hacia el canal auditivo (ver
figura 2), este se extiende entre 2,5 y los 3,5 cm hasta una membrana llamada tímpano, allí
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es donde termina el oído externo y comienza el oído medio, en esta zona la presión sonora
puede presentar un incremento de aproximadamente 5 dB, esta sección en forma de tubo
posee una frecuencia de resonancia de aproximadamente 3530 Hz y se puede decir que es la
zona más sensible del oído, permitiendo determinar la dirección de la cual proviene un
sonido.
Figura 2, Representación del canal auditivo.
Fuente: Autor
1.1.2 Oído medio.
El oído medio se encuentra conformado por la cavidad timpánica, del cuerpo humano,
músculos, la trompa de Eustaquio, los huesos, estribo, martillo y yunque, que se muestran en
la figura 3, como particularidad son los huesos más pequeños del cuerpo humano, por su
parte, el tímpano es una membrana encargada de recibir las ondas sonoras y transformar estas
en vibraciones o energía mecánica, gracias a la articulación entre los huesos del oído,
mientras que la trompa de Eustaquio es la conexión entre el oído y las vías respiratorias del
cuerpo y su función es mantener el equilibrio en presión a cada lado del tímpano, se puede
decir que el oído medio es un transductor natural que como se mencionó anteriormente
convierte energía acústica en vibraciones, sin embargo, también hace las veces de adaptador
de impedancias, (Miyara, 1999, pág. s.p) dado que la impedancia del oído interno es mucho
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mayor que del tímpano, y para llevar a cabo una trasferencia de energía eficiente entre oído
medio e interno la impedancia de ambas partes debe ser igual.
Figura 3, Tímpano y huesecillos del oído medio.
Modificado de: (Barcelo, S.F)
1.1.3 Oído Interno.
El oído interno o laberinto, es la sección más compleja de este órgano y se encuentra
conformado por dos grupos de conductos semicirculares, el primero de naturaleza ósea y el
segundo membranoso, el nervio auditivo y la cóclea o caracol, en esta sección del oído se
llevan a cabo tres procesos fundamentales, el filtrado de la señal sonora, la transducción de
energía mecánica a eléctrica y la generación de impulsos nerviosos, (Merino, 2013, págs. 19-
26), también es esta zona la encargada del equilibrio, el oído interno se muestra en la figura
4.
Figura 4, Oído interno.
Modificado de: (Everest, 2009, pág. 44).
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La cóclea es el elemento encargado de realizar el análisis de sonido, su característica principal
es la capacidad de filtrado y separación de frecuencias del sonido, esto es posible gracias a
su composición a base de rampas y membranas, esta zona se encuentra rellena de un fluido
que vibra en respuesta a los impulsos producidos por el oído medio y a su vez genera cambios
en la presión de acuerdo a la frecuencia del sonido apreciado, estas vibraciones son percibidas
por las células ciliadas que se contraen y estiran, de esta forma se genera el potencial eléctrico
con el cual las células nerviosas llevan la información al cerebro, (Lara, 2004, pág. 64) donde
culmina el proceso de clasificación del sonido con el cual es posible diferenciar, por ejemplo
un sonido producido por un instrumento musical o una conversación.
1.1.4 Audición.
El ser humano es capaz de percibir sonidos que se encuentran entre los 20 Hz y los 20 KHz,
comenzando por los sonidos conocidos como graves que corresponden a las bajas frecuencias
hasta los más agudos producidos por altas frecuencias, sin embargo el oído no se comporta
de la misma manera ante sonidos de diferentes frecuencias e intensidades, como se muestra
a continuación en la figura 5, existen umbrales de audición y dolor.
Figura 5, Umbrales de audición y dolor.
Modificado de (Zapata, 2016)
El umbral de audición (curva verde) y el umbral del dolor (curva roja) se pueden
representar de forma bidimensional, donde el eje x corresponde a la frecuencia y el eje y a la
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intensidad en unidades de dB, como se puede observar el oído humano es más sensible a
frecuencias cercanas a los 4 KHz, es decir que a estas frecuencias se requiere menor
intensidad para apreciar un sonido, mientras que sonidos con un nivel de presión sonora
(concepto que se profundiza más adelante), cercano a los 120 dB, pueden ocasionar
cosquilleo y presión, lo que a su vez puede producir sensación de dolor y daños en el sistema
auditivo.
1.2 Ondas mecánicas
Se entiende por onda mecánica a aquella en que una perturbación requiere de un medio físico
para transportarse, el sonido pertenece a este tipo de fenómenos y en su caso se propaga por
el aire, para que se pueda generar un sonido se necesita una fuente que pueda dar origen a
este y se considera una onda longitudinal debido a que su desplazamiento se da de forma
paralela a su ubicación, como se puede observar en la figura 6.
Figura 6. Propagación del sonido.
Fuente: Autor
El sonido como onda mecánica puede representarse de forma matemática gracias a la
ecuación de la onda.
𝑃(𝑡) = 𝐴𝑠𝑒𝑛(2𝜋𝑓𝑡) (Ecuación 1)
Al tratarse de una onda sonora se pretende conocer el nivel de presión acústica, este concepto
se ampliara más adelante.
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1.2.1 Parámetros de las ondas acústicas.
1.2.1.1 Amplitud.
Este parámetro consiste en la altitud máxima que puede alcanzar una onda y en el caso de
una onda acústica representa al cambio que puede generar en la presión del aire (Pueo, Basilio
- Romá Miguel, 2003, pág. 1), en acústica la amplitud de onda simboliza la intensidad o
volumen del sonido, una amplitud nula corresponde al silencio mientras que las amplitudes
grandes refieren a sonidos fuertes.
- Envolvente: El sonido no es una onda en la que sus parámetros permanecen
constantes, por el contrario presentan un comportamiento variable, y en el caso
de la amplitud estas variaciones entre intervalos de tiempo dan origen a formas
de onda envolventes que pueden reunir amplitudes similares en ciclos
consecutivos, ver figura 7.
Figura 7, Forma de onda envolvente.
Fuente: (Cabrera, 2010, pág. 32)
1.2.1.2 Velocidad.
Se describe como la distancia que recorren las partículas en una unidad de tiempo, esta varía
de acuerdo a las condiciones del medio, por lo tanto la velocidad es un parámetro
independiente de la frecuencia o la amplitud, sin embargo, al depender de las características
del medio en que se propaga la onda es susceptible a los cambios de temperatura en el
ambiente, de acuerdo a esto es posible calcular la velocidad de la siguiente manera:
𝒄 = 𝟑𝟑𝟐√𝟏 + (𝒕
𝟐𝟕𝟑) (Ecuación 2)
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Donde t corresponde a la temperatura en grados centígrados (°C), se estima que la
velocidad en el aire es de 343 m/s a un temperatura ambiente de 20 °C, en la tabla 1 que se
da a continuación se muestra la velocidad del sonido en diferentes medios. (Beranek, 1969,
pág. 10)
MEDIO m/s
Aire 343
Agua de mar 1500
Madera 3800
Acero 5050
Yeso 6800
Tabla 1, Velocidad del sonido en diferentes medios.
1.2.1.3 Frecuencia.
Consiste en el número de ciclos presentes en un determinado intervalo de tiempo llamado
periodo y su unidad de medida es el Hertz (Hz) y se representa con la letra f.
- Espectro: Los sonidos que percibe el hombre no se componen de una sola
frecuencia, se encuentran conformados por diferentes frecuencias que se
superponen entre sí, sin embargo es posible conocer las frecuencias que forman
un sonido por medio de su observación y representación gráfica en el espectro.
- Es importante resaltar que el ser humano es capaz de captar sonidos que se
encuentran en frecuencias entre los 20 Hz y los 20Khz.
- En la figura 8, se muestra la representación espectral de una onda cuadrada, con
amplitud 1 y frecuencia fundamental de 100 Hz, se podrá observar que en este
caso los armónicos corresponden a múltiplos impares de la frecuencia
fundamental.
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Figura 8, Representación espectral de una onda cuadrada.
Fuente: Autor
- Bandas de octava.
Una octava es un rango de frecuencias que posee una relación de 2:1 frente a la escala
de armónicos, por ejemplo, un sonido con una frecuencia fundamental de 100 Hz,
sube una octava cuando alcanza los 200 Hz, para subir otra octava debe alcanzar los
400 Hz, mientras que los armónicos de esta frecuencia se presentan cada 100 Hz, la
octava se considera una medida del cambio de altura que presenta un sonido y se
encuentra reglamentado y estandarizado en frecuencias centrales por medio de la ISO
(Organización Internacional de Estandarización), el motivo de su uso consiste en que
posibilita la descomposición de frecuencias complejas, (Rodriguez, 2013, Pág. 74)
para aumentar la precisión a la hora de realizar análisis de frecuencias como es el caso
de las mediciones de ruido, generalmente se manejan filtros en razón de octavas y
tercios de octava (ver figura 9), se estima que la división por tercios de octava es tres
veces mejor que la de espectro por banda de octava y se usa regularmente en
mediciones acústicas.
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Figura 9, Medición de ruido en tercios de octava.
Fuente: (Masson, 2016)
1.2.1.4 Periodo.
Corresponde al tiempo en que la onda describe un ciclo de oscilación completo, es inverso a
la frecuencia y se da en unidades de tiempo, generalmente segundos.
1.2.1.5 Longitud de onda ( λ).
Es la distancia que hay entre dos crestas (altura máxima) o valles consecutivos de la onda y
su unidad es el metro (m), la longitud de onda es un parámetro que se relaciona de forma
inversamente proporcional a la frecuencia y depende directamente de la velocidad de onda,
se puede calcular por medio de la expresión general para condiciones de espacio libre.
𝝀 =𝒄
𝒇 (Ecuación 3)
Donde c es la velocidad del sonido (aproximadamente 343 m/s) y f corresponde a la
frecuencia (en Hz).
Los parámetros de onda vistos anteriormente sirven como guía para obtener una
representación gráfica de las ondas en general, en la figura 10 se muestra como ejemplo la
representación visual de una onda acústica.
| 22
Figura 10. Representación de una onda acústica.
Modificado de: (Schnitzler, S.F)
1.2.2 Formas de onda.
Es posible encontrar diferentes formas de onda en el estudio de ondas acústicas, algunas de
ellas forman patrones aleatorios, sin embargo hay casos que corresponden a formas de onda
comunes tanto en la práctica como en su estudio teórico estos casos son: onda cuadrada, onda
triangular, diente de sierra y onda seno.
1.2.2.1 Onda cuadrada.
La onda cuadrada es una onda usada generalmente en el campo digital para la generación de
pulsos eléctricos, posee dos niveles, el nivel alto y el nivel bajo, es decir no posee valores
intermedios, es una forma de onda con un alto contenido armónico, en la figura 11 que se
muestra a continuación se puede observar la representación gráfica de este tipo de onda.
Figura 11, Onda cuadrada,
Fuente: Autor.
| 23
1.2.2.2 Onda triangular y diente de sierra.
La onda triangular (ver figura 12),se encuentra conformada por figuras en forma de rampa
que se alternan de formas ascendente y descendente habitualmente simétricas, un ejemplo
similar a esta forma de onda es la que produce el sonido de un violín, por su parte la onda
diente de sierra (ver figura 13), es una derivación de la onda triangular y de acuerdo a su
sentido puede tener una subida o caída abrupta, que le diferencia de la onda mencionada
anteriormente, la onda triangular posee un contenido armónico bajo.
Figura 12, Onda Triangular. Fuente: Autor.
Figura 13, Onda diente de sierra, Fuente: Autor.
1.2.2.3 Onda Seno.
La onda sinusoidal, conocida como onda seno, es una señal analógica fundamental tanto en
acústica como en la física en general, debido a que es capaz de representar matemáticamente
todo tipo de movimiento oscilatorio, como un péndulo o el movimiento de un resorte,
musicalmente la cuerda de una guitarra al tocarse suavemente puede producir un sonido con
forma de onda seno. Dentro de ellas en acústica, se menciona el tono como una señal de
frecuencia única, a continuación, en la figura 14 se muestra esta forma de onda.
| 24
Figura 14, Onda Seno.
Fuente: Autor.
Sin embargo, su importancia radica en que todo tipo de onda puede representarse
como una sumatoria de ondas seno a distintas frecuencias múltiplos de la frecuencia
fundamental de la onda denominados armónicos, gracias a herramientas matemáticas como
el teorema de Fourier, como se muestra en la figura 15.
Figura 15, Aproximación de Fourier para onda Cuadrada. Fuente: Autor.
1.2.3 Propiedades de las ondas mecánicas.
Las ondas en general poseen propiedades que pueden afectar su comportamiento y la forma
de percepción de estas por parte del receptor, en este caso las ondas sonoras pueden cambiar
de dirección e intensidad de acuerdo a las propiedades que se muestran a continuación (ver
figura 16):
| 25
Figura 16, Propiedades de las ondas mecánicas.
Fuente: Autor.
Donde Ɵ1 corresponde al ángulo de reflexión y Ɵ2 al ángulo de refracción.
1.2.3.1 Reflexión.
Se conoce como reflexión el cambio de dirección que presenta una onda que incide en una
superficie u obstáculo, el choque entre estos elementos da como resultado una onda reflejada
que retorna hacia la fuente, como se muestra en la figura 17, el fenómeno de reflexión puede
generar efectos sonoros como el eco y la reverberación, conceptos que se ampliaran en el
desarrollo del documento.
Figura 17, Reflexión de una onda sonora.
Fuente: Autor.
| 26
1.2.3.2 Absorción.
La absorción (ver figura 18), es un fenómeno opuesto a la reflexión y al igual que esta se
presenta en el choque de una onda contra un obstáculo, pero en este caso un porcentaje de la
onda es absorbido por la superficie, este efecto es importante en el campo de la acústica
arquitectónica.
Figura 18, Absorción acústica.
Fuente: Autor.
1.2.3.3 Refracción.
La refracción consiste en el cambio de dirección que presenta una onda sonora al presentar
un cambio de medio, durante este fenómeno se suele presentar variación en la velocidad de
propagación de la onda gracias a los cambios en la temperatura y densidad del medio, lo que
genera la desviación en la trayectoria de la misma, como se puede observar en la figura 19.
Figura 19, Refracción de ondas sonoras.
Fuente: (Serrano, 2016)
| 27
1.2.3.4 Difracción.
La difracción es el fenómeno por el cual las ondas sonoras presentan dispersión en sus
partículas al atravesar un obstáculo o ranura (ver figura 20), sin embargo para que este efecto
pueda darse o apreciarse correctamente los obstáculos deben ser considerablemente más
grandes que la longitud de onda, esto explica como las ondas sonoras pueden alcanzar lugares
recónditos. Este fenómeno es fácilmente observable cuando una puerta se abre y desde fuera
entra la luz, se observa en el piso la desviación del haz luminoso.
Figura 20, Difracción de ondas sonoras.
Fuente: Autor
1.2.3.5 Interferencia.
La interferencia se presenta cuando se encuentran al menos dos ondas en un mismo medio,
dependiendo de la fase de las ondas la interferencia puede ser constructiva o destructiva, un
ejemplo puede ser la interferencia que pueden causar las ondas resultantes del fenómeno de
reflexión. Para que exista interferencia deben coincidir dos señales en tiempo y espacio.
- La interferencia constructiva se produce cuando dos ondas coinciden en su fase y
tiene como resultado una onda de mayor amplitud.
- La interferencia destructiva se da cuando las ondas poseen fase opuesta, lo que
produce que las ondas se anulen, esto puede a su vez generar puntos muertos y
cortocircuitos acústicos, conceptos que se profundizaran más adelante.
- En la figura 21 se muestra un ejemplo casos mencionados anteriormente.
| 28
Figura 21, Interferencia.
Modificado de: (Rodriguez F. , 2013)
1.3 Fundamentos del sonido.
Si bien el sonido se comporta como una onda mecánica, tiene particularidades y
características propias, se puede definir como:
“Vibración mecánica que se propaga a través de un medio material elástico y denso
(habitualmente el aire), y que es capaz de producir una sensación auditiva” (Carrion, 1998,
pág. 27).
1.3.1 Características del sonido.
1.3.1.1 Intensidad.
Se describe como intensidad a la potencia de un sonido por unidad de área, se expresa en
unidades de 𝑊𝑎𝑡𝑡/𝑚2, la intensidad está relacionada con lo que comúnmente se conoce
como volumen, pues es la característica que nos permite distinguir y categorizar sonidos
como fuertes o débiles, también suele enunciarse en la escala de decibeles.
- Decibeles.
El decibel o dB es una unidad de medida de naturaleza logarítmica que expresa
valores relativos a un valor inicial o referencia, en el caso del sonido la referencia
corresponde al umbral de audición y se usa para facilitar operaciones debido al amplio
rango de sensibilidad del oído humano, también se usa como unidad de medida del
| 29
nivel de presión sonora, en el caso de parámetros como potencia suelen usarse
unidades de origen igualmente logarítmico como el dBm y el dBu, correspondientes
a señales de potencia en nivel de dB y su relación con un valor referencia de 1mW
para los dBm, a continuación se muestra en la expresión para el cálculo de dBm.
𝑑𝐵𝑚 = 10𝑙𝑜𝑔𝑃
1𝑚𝑊 (Ecuación 4)
En la tabla N°2, se muestran algunos referencias para unidades relacionadas al
campo del audio.
Unidad Nombre Calculo Referencia
Presión acústica dBSPL 20𝑙𝑜𝑔
𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑓
20 ∗ 10−6 Pascales
Voltaje dBu 20𝑙𝑜𝑔
𝑉
𝑉𝑟𝑒𝑓
0.775 Volts
Potencia dBW 10𝑙𝑜𝑔
𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑓
1 Watt
Potencia dBm 20𝑙𝑜𝑔
𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑓
1 mW
Tabla 2, Referencias de unidades relacionadas al audio. (Jorge, 2013)
Al ser medidas logarítmicas cumplen con las propiedades de estos elementos, por lo
tanto los productos de medidas en dB, se suman, mientras los cocientes se operan
como restas.
Ejemplo: Busca obtener la ganancia total At, de un sistema con 3 etapas de
amplificación donde los valores de ganancia de cada etapa son los siguientes:
A1= +30 dB; A2= -10 dB y A3= +40 dB.
At=A1+A2+A3=+30 dB+ (-10 dB)+40 dB= + 60 dB.
1.3.1.2 Nivel de presión sonora (SPL).
Corresponde a la variación que presenta la presión en un campo respecto a un valor de
equilibrio, su unidad de medida es el Pascal o Pa, como se mencionó anteriormente a la hora
| 30
de realizar mediciones es necesario expresar estas en la escala de decibeles, ya que el oído
humano no tiene un comportamiento lineal ante los estímulos. A continuación, en la tabla
N°3 se muestran diferentes valores de presión sonora en escenarios comunes.
Fuente Decibeles Nivel
Aeropuerto 120 Muy Elevado
Construcción 110
Calle 80 Elevado
Conversación (a 1m) 60 Moderado
Dormitorio 30 Bajo
Tabla 3, Niveles de presión sonora en decibeles.
1.3.1.3 Tono.
El tono de un sonido es la característica por la cual es posible realizar la caracterización del
mismo, es decir, diferenciar si este es alto, medio o grave-bajo, el tono es un parámetro que
depende de la frecuencia, las bajas frecuencias producen tonos graves y las frecuencias altas
tonos agudos. El aumento de volumen o intensidad en ocasiones puede generar efectos
acústicos donde un sonido alto se puede percibir más agudo y los sonidos bajos se aprecian
más graves, en la figura 22 se presenta una representación gráfica de un tono grave y uno
agudo
Figura 22, Tono grave y tono agudo.
Fuente: Autor.
| 31
1.3.1.4 Timbre.
El timbre de un sonido se refiere a la calidad de este, desde el punto de vista auditivo,
“describe aquellas características del sonido que permiten al oído humano, distinguir los
sonidos que tienen el mismo tono y volumen. El timbre es por tanto, la cantidad de armónicos
a diferentes amplitudes que enriquecen un sonido” (Nave, N/A).
La calidad del sonido se determina a partir del contenido armónico presente en este,
a continuación, en la figura 23, se puede observar la diferencia presente en el timbre del
sonido que producen diferentes fuentes como un diapasón, la voz o instrumentos musicales
de viento y cuerda.
Figura 23, Ejemplos de timbre.
Modificado de: (Gallardo, 2015)
1.3.1.5 Duración.
La duración del sonido se encuentra relacionada a la persistencia conocida gráficamente
como la longitud de onda, y clasifica los sonidos en largos o cortos, un ejemplo es la notación
musical donde las figuras definen la duración de ejecución de una nota en unidades llamadas
pulsos o tiempos, como se muestra en la tabla N°4.
| 32
Nombre Símbolo Tiempos
Redonda
4
Blanca
2
Negra
1
Corchea
½
Semicorchea
¼
Tabla 4, Notas musicales y tiempos.
1.3.1.6 Direccionalidad.
La direccionalidad como parámetro se encuentra relacionada al origen del sonido, es decir la
fuente y el receptor de este, y podría describirse como la capacidad de determinar o localizar
la ubicación de donde proviene un sonido, en el caso del ser humano la direccionalidad se
determina a partir de la diferencia entre los tiempos de percepción de los oídos derecho e
izquierdo debido a su ubicación como se muestra en la figura 24.
Figura 24, Direccionalidad del sonido.
Fuente: (Miyara, 1999, pág. 35).
1.3.1.7 Sonoridad.
La sonoridad es una propiedad subjetiva del oído, correspondiente a la sensación de
intensidad y describe como esta depende de las características de un sonido como su
frecuencia, amplitud entre otras, esto se debe a que el oído no tiene un respuesta en frecuencia
| 33
lineal o plana, es un parámetro de alta complejidad en su estudio, la disciplina encargada de
su análisis es la psicoacústica, sin embargo, existen ensayos, estudios y experimentos
realizados por los empleados de Laboratorios Bell, Fletcher y Munson, quienes a principios
de los años 30 lograron definir las curvas isofónicas, las cuales consisten en un medida del
SPL y su comportamiento frente a la variación en frecuencia de un sonido mientras el
volumen se mantiene constante, estos experimentos fueron retomados por los científicos D.
Robinson y W. Dadson quienes lograron en 1956 ofrecer una versión más precisa de las
curvas isofónicas, las cuales fueron publicadas por la organización de estandarización
internacional ISO en el artículo ISO 226, 1961, en la figura 25 se muestran las curvas
isofónicas.
Figura 25, Curvas isofónicas.
Fuente: (ISO, Normal equal-loudness-level contours, 1961)
1.3.1.8 Enmascaramiento.
Como se mencionó anteriormente el oído humano no posee una respuesta en frecuencia plana
y gracias a esto se puede generar el fenómeno de enmascaramiento, el cual consiste, en el
efecto que se produce cuando un receptor se encuentra expuesto a tonos de diversas
frecuencias, donde los tonos que poseen una menor sensación de intensidad pueden resultar
| 34
imperceptibles al ser opacados por otro de mayor intensidad. De acuerdo a Carrión, el
enmascaramiento se concibe en el oído medio, exactamente en la cóclea. El enmascaramiento
se suele corregir por medio del uso de métodos de filtrado como lo hacen los equipos
electrónicos, tema que se aborda más adelante en el presente documento.
1.4 Ruido.
Se describe al ruido como todo tipo de sonido que no es deseado y puede afectar la percepción
auditiva, técnicamente el ruido es “ la fracturación de las ondas sonoras percibidas por un oyente,
estos ruidos adquieren su propio significado por la presencia del ser humano como oyente” (Beranek,
1969, pág. 353), este fenómeno puede generar diferentes efectos negativos en el sistema
auditivo del hombre, sin embargo, en la vida cotidiana se encuentran gran cantidad de fuentes
generadoras de ruido, la población humana, los vehículos de transporte terrestre y aéreos son
algunos ejemplos.
El ruido se encuentra conformado por diferentes ondas a frecuencias y amplitudes distintas,
y es un fenómeno complejo debido a que incluye todos los componentes armónicos junto a
la frecuencia fundamental de la onda, de acuerdo a esto es posible clasificar al ruido según
su frecuencia.
1.4.1 Tipos de ruido según su frecuencia.
1.4.1.1 Ruido de fondo.
El ruido de fondo es todo sonido no deseado y simultaneo a la realización de mediciones,
este tipo de ruido puede llegar a alterar los resultados de los procesos de medida al ser captado
por los equipos, este factor es importante debido a que permite evaluar los niveles de ruido
en un recinto y establecer el procedimiento de adecuación correcto de acuerdo a la necesidad.
1.4.1.2 Ruido blanco.
El ruido blanco es aquel que contiene todas las componentes de frecuencia con una amplitud
aproximadamente constante, es normalmente usado como referencia en mediciones, un
ejemplo de ruido blanco es aquel que se escucha en un radio de FM cuando no se encuentra
| 35
sintonizado en ninguna estación o la llovizna que se percibe en un receptor de televisión
cuando no se encuentra en un canal ocupado.
1.4.1.3 Ruido Rosa.
El ruido rosa es el resultado de un proceso de filtrado en el cual el ruido tiene un nivel de
energía uniforme en todas las frecuencias, y contrario al ruido blanco este disminuye la
presión sonora en 3dB por banda de frecuencia, “se usa como referencia en mediciones de
divisiones acústicas de banda por octavas, este ruido es uniforme en cuanto en energía en
cada banco de filtros de octava” (Vasey, 1999, pág. 26).
En la figura 26, que se muestra a continuación, se puede observar la representación gráfica
del ruido blanco y el ruido rosa.
Figura 26, Ruido blanco y ruido rosa.
Modificado de: (Everest, 2009)
1.4.1.4 Ruido tonal.
Es aquel que se produce por medio de fuentes rotatorias, como ventiladores, cajas de cambios
y motores en general, normalmente se presenta en el campo industrial, se caracteriza por una
fuerte componente armónica de la frecuencia fundamental y de acuerdo a su frecuencia puede
ser reconocida como diferentes tonos, de ahí su nombre, los tonos fuertes pueden ser molestos
| 36
para el oído, la figura 27 corresponde a un ejemplo de representación espectral de este tipo
de ruido.
Figura 27, Espectro del ruido tonal.
Fuente: (Montealegre, 2017)
1.4.1.5 Ruido de bajas frecuencias.
Este tipo de ruido se encuentra en el margen de los 8 a 100 Hz, como se mencionó
anteriormente se produce por grandes motores y en algunos casos por vehículos de
transporte, este ruido es perceptible a grandes distancias, cuando este tipo de ruido se
encuentra por debajo de los 20 Hz, genera una sensación de presión y no se percibe como
un sonido al encontrarse fuera del espectro audible.
1.4.2 Tipos de ruido por caracterización temporal.
1.4.2.1 Ruido estacionario o continuo.
Es aquel que posee un valor espectral constante en el tiempo, generalmente este tipo de
ruido presenta variaciones menores a los 5 dB en intervalos de tiempo en el orden de
minutos, se dice que un ruido es estable cuando la diferencia entre sus niveles de presión
sonora mínimo y máximo es menor al valor referencia (5 dB). (Valenzuela, 2012).
1.4.2.2 Ruido intermitente.
Se genera a partir de máquinas que operan por ciclos, o fuentes móviles como el paso de
vehículos, su tiempo de observación está en el orden de minutos y se considera ruido
intermitente cuando la diferencia entre niveles de presión umbral y máximo es mayor a 5
dB.
| 37
1.4.2.3 Ruido impulsivo.
Es aquel que se produce como efecto de explosiones o impactos fuertes como choques de
autos, es inesperado y puede afectar gravemente el sistema auditivo de acuerdo a la cercanía,
este tipo de ruido suele ser breve, pero con un nivel de presión alto, se estima que la duración
de este tipo de eventos es de aproximadamente un segundo. (Rodriguez, 2013, pág. 115), la
figura 28 muestra una aproximación grafica de la señal generada en este tipo de sucesos.
Figura 28, Representación de ruido impulsivo.
Fuente: Autor.
1.4.3 Efectos del ruido en el ser humano.
El ruido puede generar diferentes efectos sobre el ser humano, las principales afecciones
relacionadas al ruido se dan gracias a la exposición a intensidades superiores a los 110 dB,
la exposición a este nivel de presión por largos periodos de tiempo puede causar sordera
parcial o permanente, este trastorno se denomina hipoacusia, los jóvenes son un grupo con
un alto riesgo de sufrir problemas de este tipo debido al amplio uso de dispositivos
electrónicos como auriculares a un alto volumen. Otros problemas son el deterioro de la
capacidad para comunicarse a raíz de la pérdida de audición, sin embargo el ruido también
puede producir afecciones temporales de tipo clínico como taquicardias, estrés y
nerviosismo, estas como consecuencia de las molestias causadas al sistema nervioso,
auditivo y colateral, por ultimo hay evidencia de leves efectos de tipo psicológico debido al
ruido ambiental como la dificultad para conciliar el sueño y perdida de la concentración.
| 38
1.5 Propagación del sonido en espacios abiertos.
La propagación del sonido es el concepto en el cual se fundamenta el estudio de la acústica,
a partir de este punto es posible diferenciar y describir el comportamiento del sonido de
acuerdo a la condición del espacio en que se encuentra ya sea espacios abiertos por medio de
la acústica ambiental y la acústica en recintos o acústica arquitectónica, la figura 29
representa este concepto y el principio para su estudio, la ley del inverso cuadrado.
Figura 29, Propagación del sonido en espacio libre y ley del inverso cuadrado.
Fuente: Autor.
El sonido y su propagación en el aire libre es un concepto sencillo de entender, pues en estas
condiciones el sonido no se encuentra afectado por la presencia de obstáculos que pueden
variar su comportamiento y características, por supuesto presentara un debilitamiento natural
gracias al medio y su conformación gaseosa. Para comprender este tipo de eventos de
propagación del sonido en el espacio libre se debe usar la ley del inverso cuadrado, esta
consiste en que la intensidad del sonido es inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia, por lo tanto, a medida que aumenta la distancia que recorre un sonido, menor será
la intensidad de esta, se estima que cada vez que el sonido recorra una distancia igual al doble
de la que ya recorrió, la intensidad de este va a disminuir 6 dB, la expresión matemática de
este cálculo se muestra a continuación:
𝐼 =1
𝑑2 (Ecuación 5)
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Donde I es la intensidad y d la distancia presente entre la fuente sonora y el receptor, es importante
resaltar que esto solo se cumple en condicione ideales de espacio libre, en el caso real se
deben tener en cuenta parámetros que pueden afectar la propagación del sonido como
humedad, temperatura y presión.
Ejemplo: Si se produce un sonido de 80dB en la primera fila de un teatro, y la última fila
se encuentra 10 veces más lejos que la primera, se usa la ley del inverso cuadrado para
saber con qué intensidad llega el sonido a la última fila del teatro. Así que:
𝑰 =𝟏
𝒅𝟐 =𝟏
𝟏𝟎𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟏.
El valor de d es 10 ya que la distancia a la que se encuentra la última fila es 10 veces mayor
a la que esta la primera fila. Entonces con el valor de I puede saber con qué intensidad llega
el sonido a la última fila.
𝑰𝒅𝑩 = 𝟏𝟎𝒍𝒐𝒈(𝟎. 𝟎𝟏) = −𝟐𝟎𝒅𝑩
Si conoce ahora la intensidad del sonido en la primera fila (80dB), y la cantidad que se
pierde hasta llegar a la última (-20dB), obtiene la intensidad del sonido en la última fila que
es de 60dB.
1.5.1 Efecto Doppler.
El efecto Doppler es un fenómeno relacionado con el movimiento de la fuente sonora o el
receptor al momento en que se presenta un sonido y explica como el cambio de posición de
los elementos puede afectar la velocidad y tono del sonido, también se puede describir como
el cambio de frecuencia del sonido como resultado del movimiento entre una fuente sonora
y un receptor (McCord, 1986, pág. 699), de acuerdo a esto, se pueden presentar diferentes
escenarios, donde uno de los dos elementos, fuente o receptor se encuentra en movimiento,
los dos se encuentran fijos, o los dos presentan movimiento, por lo tanto la sensación es
diferente en cada uno de estos casos. El efecto Doppler es un fenómeno común en la vida
cotidiana del ser humano, por ejemplo, imagine una ambulancia que se aproxima a usted en
la avenida, cuanto más se acerca, más alto será el tono que produce la sirena, si la ambulancia
se detiene a su lado puede percibir el tono normal, mientras que al alejarse el sonido se sentirá
como bajo o grave, esto debido a la alteración en la longitud de onda producto del
movimiento de la fuente.
| 40
El efecto Doppler se puede graficar por medio de esferas como representación de las ondas
sonoras emitidas por una fuente como se muestra a continuación, en la figura 30.
Figura 30, Efecto Doppler.
Fuente: Autor.
El conjunto de esferas de la parte izquierda representa las ondas en condición de equilibrio mientras
que el conjunto derecho muestra la deformación de las ondas producto del movimiento de uno de los
elementos (fuente u observador).
Su representación matemática consiste en la siguiente expresión:
𝑓′ = 𝑓𝑐
𝑐+𝑣 (Ecuación 6)
Donde 𝑓′ corresponde a la frecuencia aparente, 𝑓 es la frecuencia real, 𝑐 la velocidad del
sonido y 𝑣 la velocidad de movimiento del elemento, sin embargo el signo en el denominador
de la ecuación depende del sentido de movimiento, si el elemento se aleja el signo es positivo,
si se acerca el signo es negativo.
Ejemplo: La frecuencia del silbato de una locomotora es de 350 Hz, si el tren viaja a una
velocidad de 20 m/s. ¿Qué frecuencia percibe un observador en reposo cuando el tren se
acerca?, considere la velocidad del sonido = 340 m/s.
Solución:
𝑓′ = 350 𝐻𝑧340 𝑚/𝑠
340𝑚𝑠
− 20𝑚/𝑠= 371.875 𝐻𝑧
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La frecuencia que percibe el espectador es de 371.875 Hz.
Ejemplo: Una ambulancia que lleva una velocidad de 15 m/s y cuya sirena emite un sonido
con frecuencia de 440 Hz, se cruza con un automóvil que transita en sentido contrario con
una velocidad de 15 m/s. ¿Qué frecuencia percibirá el conductor del automóvil cuando se
aproximan los vehículos? considere la velocidad del sonido = 340 m/s.
𝑓′ = 440 𝐻𝑧340
𝑚𝑠
− (−15 𝑚/𝑠)
340𝑚𝑠
− 15 𝑚/𝑠= 480.6 𝐻𝑧
La frecuencia que percibe el conductor del automóvil es de 480.6 Hz.
| 42
2. Acústica arquitectónica.
La acústica es la disciplina encargada de estudiar las ondas sonoras y su comportamiento en
diferentes medios y espacios, en el presente capítulo se muestran los conceptos relacionados
a la acústica de locales o acústica arquitectónica, con el fin de brindar al lector las
herramientas y capacidades necesarias para comprender y llevar a cabo el acondicionamiento
acústico de recintos, de acuerdo a la necesidad de cada uno de estos como pueden ser:
Teatros, Salas de concierto, Iglesias, habitaciones, entre otros.
2.1 Propagación del sonido en recintos cerrados.
El sonido en recintos, a diferencia del sonido en el espacio libre, se encuentra afectado por la
presencia de obstáculos o superficies en el medio, que modifican el comportamiento de las
ondas sonoras. Por lo tanto, el sonido en espacios cerrados puede ser directo y reverberante,
el sonido directo es aquel que se proyecta hacia el o los receptores sin encontrarse con ningún
obstáculo en su trayectoria y decaerá a razón de 6 dB al duplicar la distancia recorrida de
acuerdo a la ley del inverso cuadrado. En cambio el sonido reverberante es aquel que percibe
el oyente como producto de reflexiones con las diferentes superficies del espacio, como se
muestra en la figura 31.
Figura 31, Sonido en un recinto.
Fuente: Autor.
| 43
Por otra parte, el sonido directo es un fenómeno que depende de la distancia que hay entre la
fuente sonora y el receptor, mientras que el sonido reverberante obedece a la cantidad de
reflexiones que se generen en la sala antes de alcanzar al receptor, mas no de la posición de
este último, pues la distribución del sonido en recintos generalmente es uniforme. Sin
embargo, la acústica de locales se rige bajo diferentes parámetros y características que se
muestran a continuación:
2.2 Parámetros de la acústica arquitectónica.
2.2.1 Reverberación.
El concepto de reverberación es propio de la acústica y consiste en el efecto de continuación
de un sonido aun cuando la fuente sonora ya ha detenido su emisión, esto debido a la
reflexión, la reverberación es un fenómeno que altera las características del sonido y por lo
tanto también afecta la forma en que este se percibe. Es un parámetro vital en el estudio de
la acústica de recintos. Su presencia permite generar una idea de la dimensión y entorno de
un espacio, además, se estima que la reverberación es de mayor notoriedad en salas de gran
tamaño (Jon, 2014), no debe confundirse con el eco, si bien son fenómenos de naturaleza
similar, pues se originan a partir de la reflexión, su discrepancia radica en la diferencia de
tiempo presente entre la percepción del sonido directo y el sonido reflejado, siendo mayor la
diferencia de tiempo existente en el eco, además, este permite interpretar claramente tanto el
sonido emitido por la fuente, como el sonido resultante de las reflexiones, mientras que la
reverberación altera el sonido dificultando su interpretación. La reverberación es una
característica que se encuentra relacionada al tiempo de reverberación, parámetro que se
detalla a continuación.
2.2.2 Tiempo de reverberación.
Se denomina tiempo de reverberación o RT, T60, al tiempo que tarda un SPL o nivel de
presión sonora en decaer 60 dB con respecto a un nivel de referencia, en la mayoría de los
casos el SPL inicial, el valor de 60 dB se usa debido a que se estima que un sonido al
disminuir en esta cantidad es prácticamente imperceptible o se ha extinguido, en otras
palabras el RT es el tiempo que perdura un sonido dentro de una sala o recinto (Noisess,
www.noisses.com, 2014).
| 44
Aunque existen diferentes formas para determinar este parámetro, la más usada es la ecuación
de Sabine, en honor a William Sabine, quien a finales del siglo XIX, logró de forma empírica
expresar el tiempo de reverberación como la relación entre el volumen de un recinto (V), la
superficie o área (A) y la absorción total (a) de los materiales que constituyen el mismo
(Ramon, 2015).
𝑇𝑅 =0.161∗𝑉
𝐴∗𝑎 (𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 6)
A continuación, en la tabla N°5 se muestra el tiempo de reverberación (en unidades de
segundos) recomendado para diferentes escenarios.
Recinto RT 60 (1 KHz y 500 Hz)
Sala de conferencias. 0.7 – 1.0
Cine 1.0 – 1.2
Sala multipropósito 1.2 – 1.5
Sala de opera 1.2 – 1.5
Sala de conciertos 1.3 – 1.7
Iglesia 2.0 – 3.0
Estación de radio 0.2 – 0.4
Tabla 5, Tiempo de reverberación óptimo para recintos. (Noisess, 2014)
2.2.3 Sonoridad.
La sonoridad es un parámetro importante a la hora de determinar el tratamiento o diseño
acústico que se puede llevar a cabo en un recinto según su propósito, de acuerdo a esto, la
sonoridad en espacios cuya función es la interpretación musical, se conoce como Sonoridad
(G), mientras que en recintos orientados a la oratoria o donde es importante el mensaje oral,
se denomina como Sonoridad (S), a continuación se explican cada una de las variaciones de
este parámetro.
- Sonoridad (G).
Como se menciona anteriormente la sonoridad o “Strenght” referente a espacios
orientados a funciones musicales, como salas de concierto o estudios de grabación se
representa con la letra G. (Lehmann, 1976) define a la sonoridad (G) como la
sensación de aumento de SPL generado por las condiciones del recinto, se determina
a partir de la diferencia entre el SPL producto de una fuente omnidireccional,
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(generalmente conocida como dodecaedro, elemento que se analiza en desarrollo del
documento), que se percibe en un espacio determinado de la sala, frente al nivel de
presión sonora que genera la misma fuente en condiciones de campo abierto a una
distancia de 10 metros.
En una sala vacía se recomienda un valor de G entre 4 y 5,5 dB.
- Sonoridad (S).
El “Speech sound level” o sonoridad (S) representa la sensación de aumento que
produce un recinto en la comunicación verbal. De acuerdo a (Barron, 1993)
corresponde a la diferencia entre el nivel de presión sonoro producido por una fuente
emisora y un valor referencia de 39 dB, equivalente al SPL que puede generar la
misma fuente en el espacio abierto, sin embargo, para determinar la sonoridad (S), es
necesario realizar mediciones en diferentes direcciones de acuerdo a la forma de la
sala, para de esta forma determinar una sonoridad óptima para todo el recinto.
Se estima que el valor recomendado para la ubicación frontal al escenario debe
encontrarse entre 4 y 8 dB, mientras que para las ubicaciones laterales su valor debe
estar entre 2 y 6 dB.
2.2.4 Claridad.
La claridad es un parámetro que depende totalmente del receptor, y se clasifica en dos clases:
Claridad de la voz (C50) y claridad musical (C80).
La primera describe el nivel de energía que percibe el receptor a partir de un sonido generado
por una fuente durante los primeros 50 ms, en relación con la energía que recibe el mismo
durante los siguientes 50 ms. De acuerdo a (Long, 2006) , el C50 corresponde al valor medio
aritmético de las bandas de frecuencia entre los 500 Hz, 1000 Hz, 2000 KHz y 4 KHz, se
estima que el C50 es directamente proporcional a la inteligibilidad y la sonoridad de un
recinto.
𝐶50 = 0.15 ∗ 𝐶50(500𝐻𝑧) + 0.255 ∗ 𝐶50(1000𝐻𝑧) + 0.35 ∗ 𝐶50(2000𝐻𝑧) + 0.25 ∗
𝐶50(40000𝐻𝑧) (Ecuación 7)
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Por su parte el C80 corresponde a la relación entre la energía que recibe el receptor durante
los primeros 80 ms de ejecución de un sonido y la energía que percibe el oyente al pasar otros
80 ms, y como su nombre lo indica suele analizarse en salas de concierto y locales de música,
según (Beranek, 1969) los valores predilectos de C80 se encuentran entre 0 y -4 dB.
2.2.5 Inteligibilidad.
La inteligibilidad es un parámetro de carácter subjetivo, corresponde a la comprensión y
entendimiento de la palabra y depende del número de estas dentro de una frase, además de la
forma en que se articulan fonéticamente. Un parámetro relacionado a la inteligibilidad es el
tiempo de reverberación, pues valores altos de este pueden afectar la percepción sonora. La
inteligibilidad se da a manera de nivel y sus valores son porcentuales, esta medida es
importante, ya que define la calidad acústica de la sala, especialmente en recintos orientados
a oratoria como, salas de conferencias, salones de clase y espacios para interpretación
musical.
Para realizar la medición de inteligibilidad se busca una magnitud denominada índice de
articulación, el cual puede clasificarse según silabas, palabras o frases, esto con el fin de
establecer, como se mencionó anteriormente el valor porcentual de emisiones vocales
comprendidas de forma acertada, es importante tener en cuenta las alteraciones producidas
en la medición por el ruido ambiental, especialmente cuando este último se encuentra entre
35 y 40 dB donde genera disminución en el índice de articulación, afectando especialmente
el índice silábico.
El nivel de inteligibilidad depende de la distancia entre el emisor y el receptor. Se puede
calcular a partir de la siguiente expresión:
%𝑵𝑰 =200 𝑟2𝑅𝑇2
𝑉𝑄 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟 ≤ 3.16 𝐷𝑐) (Ecuación 8)
%𝑵𝑰 = 9𝑅𝑇 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟 > 3.16 𝐷𝑐)
Donde, r representa la distancia entre emisor y receptor, RT tiempo de reverberación, V el
volumen de la sala expresado en metros cúbicos, Q la directividad de la fuente, al tratarse de
un parámetro referido a la voz humana se considera en valor de 2 en posición frontal, por
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ultimo Dc equivale a la distancia crítica o punto de la sala en que el sonido directo y el
reflejado tienen un nivel de energía equilibrado (Moore, 1997), a su vez esta se calcula de la
siguiente manera:
𝑫𝒄 = 0,14 √𝑄𝑅𝑇 (Ecuación 9)
2.2.6 Nivel sonoro continúo equivalente (Leq).
El Leq es un parámetro relacionado al nivel de presión sonora o SPL, el cual varia con el
pasar del tiempo, de manera que es necesario establecer una medida que permita obtener y
un valor único y constante que permita analizar el comportamiento del sonido en un recinto
durante un periodo de tiempo establecido, además, de brindar un criterio que ayude a
establecer una estrategia de tratamiento acústico en un espacio cerrado, esa medida es él
Leq, que corresponde a la media del SPL en un intervalo de tiempo de muestra o medida
(Brüel & Kjaer, S.F)
El Leq es la base de los análisis de ruido y se encuentra reconocido por normas, leyes y
estándares como el indicador de ruido más importante y utilizado en este campo, su valor se
da en unidades de dB y se puede determinar a partir de la siguiente expresión:
𝐿𝑒𝑞 = 10𝑙𝑜𝑔10[1
𝑇∑ 10
𝐿𝐴𝑖
10 ]𝑛𝑖=1 (Ecuación 10)
Donde LAi representa nivel sonoro equivalente de un periodo de tiempo, normalmente el
periodo de observación T tiene un valor de 24 horas y LAi corresponde al nivel sonoro
equivalente de un intervalo de tiempo de 1 hora.
2.2.7 Resonancia.
La resonancia es una característica de naturaleza mecánica, que en el campo de la acústica
afecta recintos y como se muestra más adelante, también causa efectos en las cajas acústicas
que contienen a los altavoces de diferentes equipos de audio. Este fenómeno consiste en el
refuerzo de determinadas frecuencias, que se denominan frecuencias naturales o de
resonancia, este fenómeno se produce gracias a las ondas estacionarias generadas por las
reflexiones presentes en un espacio cerrado.
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El estudio de la resonancia en recintos se encuentra relacionado con la longitud de onda de
un sonido el cual depende de la frecuencia de este, la resonancia en una sala se analiza a
través de los denominados modos de resonancia, que se explican a continuación:
2.2.7.1 Modos de Resonancia.
Los modos de resonancia son características propias de un recinto que permiten determinar
el comportamiento de los niveles de presión sonora en una sala y se basan en el análisis de la
interacción entre las ondas sonoras y las superficies que conforman un espacio, los modos de
onda se clasifican en: Axiales, Tangenciales y Oblicuos, los cuales se desarrollan en
simultaneo gracias al principio de superposición, estos modos suelen ser de alta complejidad
en escenarios con formas asimétricas y de gran volumen, por lo tanto este estudio se centra
en un espacio rectangular suponiendo que se encuentra conformado por seis superficies,
cuatro laterales, una superior y una inferior, como se muestra en la figura 32.
- Modos Axiales.
Los modos axiales de resonancia son aquellos en los las reflexiones ocurren entre dos
superficies generalmente paralelas entre sí y perpendiculares a la fuente sonora, se
estima que estos modos de resonancia son fundamentales y a su vez su estudio es más
simple que en los casos restantes.
- Modos Tangenciales.
Se define como modos tangenciales a los modos de resonancia donde el fenómeno de
reflexión involucra a cuatro superficies que pueden ser laterales u horizontales, al
presentar un mayor número de reflexiones que los modos axiales su aporten en
energía es menor.
- Modos Oblicuos.
Suelen ser producto de frecuencias mayores a las que producen los modos axiales, los
modos oblicuos se presentan cuando un sonido se refleja en todas las superficies que
conforman un recinto, el número de reflexiones en estos modos de resonancia duplica
| 49
a las reflexiones presentes en los modos tangenciales y por lo tanto la energía aportada
por los modos oblicuos es mínima.
Su cálculo se hace mediante el uso de software y depende del volumen del recinto y
las propiedades de las ondas sonoras que allí actúan.
Figura 32, Modos de resonancia: (a) Modos Axiales, (b) Modos Tangenciales, (c) Modos
Oblicuos.
(a) (b) (c)
Fuente: Autor.
2.3 Mediciones Acústicas.
En el campo de la acústica de locales existen diferentes mediciones relacionadas a los
parámetros vistos anteriormente, que ajustan a diferentes tipos de tratamiento como el
aislamiento o el tratamiento acústico de locales, que a su vez depende del tipo de recinto y
su orientación, sin embargo, antes de entrar en el campo de este tipo de tareas es importante
conocer los equipos que se usan durante el desarrollo de mediciones.
2.3.1 Instrumentos de medición.
Para realizar mediciones acústicas se requiere de implementos electrónicos que se asemejen
al comportamiento de los elementos emisores y receptores acústicos, además de los equipos
que hacen posible tomar las medidas con las cuales se realiza el análisis acústico, los
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principales instrumentos utilizados en este tipo de mediciones son los que a continuación se
exponen.
2.3.1.1 Sonómetro.
El sonómetro es un dispositivo electrónico utilizado en el campo de las mediciones acústicas
y su función es percibir las ondas sonoras de un lugar con el fin de analizar el comportamiento
y la interacción de estas con el entorno, por medio de distintos parámetros como SPL, el nivel
sonoro continuo equivalente o el tiempo de reverberación. El sonómetro es el principal
instrumento en la medición de ruido, también se conoce como decibelímetro, ya que su
unidad de medida es el dB y generalmente se encuentra conformado por los componentes
que se muestran en la figura 33:
Figura 33, Sonómetro.
Fuente: Autor.
Un elemento fundamental del sonómetro es el micrófono de medición, pues es el terminal
encargado de recibir las ondas sonoras, esto dispositivos suelen ser más costosos que los
micrófonos corrientes, ya que con ellos se busca tener la máxima precisión posible y una
respuesta en frecuencia plana en toda la extensión del espectro.
Este dispositivo se puede clasificar en cuatro clases, numeradas del 0-3 que se definen de
acuerdo a su funcionalidad. Sin embargo, la normativa actual desestima a los dispositivos de
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clase 0 y 3 de estas a través del artículo 61.672 (IEC, 2002). Por lo tanto no se tienen en
cuenta en el presente texto, un sonómetro de clase 1 se usa en mediciones de campo que
requieren alta precisión, mientras que los sonómetros de clase 2 se usan para realizar medidas
de tipo general.
Para las mediciones con sonómetro se usan diferentes conjuntos de curvas como referencia,
como lo son las curvas de ponderación (ver figura 34), a continuación se muestran sus
características.
- Curvas de ponderación.
Las curvas de ponderación son un conjunto de curvas con las cuales se busca brindar
una referencia semejante al comportamiento auditivo del oído humano en frecuencia,
se puede decir que son una simplificación de las curvas isofónicas de Fletcher &
Munson. Existen cinco tipos de ponderación en frecuencia, sin embargo, en este
documento su caracterización se centra en los conjuntos más usados, como se puede
observar en la tabla N°6.
Red de
ponderación
Descripción.
A La ponderación A, corresponde al análisis de sonidos de
intensidad baja, comúnmente se usa para valorar el parámetro de
inteligibilidad y permite estudiar el daño auditivo, en la
actualidad es la referencia dominante en los estudios de ruido.
B Describe la respuesta del oído frente a sonidos con intensidad
media, actualmente su uso es prácticamente nulo.
C Con la ponderación C se busca describir el comportamiento del
órgano sensorial al percibir sonidos de alta intensidad, sigue en
importancia a la red de ponderación A, ya que permite evaluar
los sonidos de baja frecuencia que se encuentran dentro del
espectro audible.
Tabla 6, Caracterización de redes de ponderación en frecuencia.
Cuando se realiza una medición utilizando una de estas curvas es importante agregar
la letra correspondiente a la ponderación en mayúscula y entre paréntesis, por ejemplo
db (A).
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Figura 34, Curvas de ponderación A, B y C.
Fuente: (Ramos, 2009)
La ponderación también es un atributo que se aplicó a las mediciones frente a los tiempos de
muestreo y permiten determinar la respuesta del equipo de medición frente a intervalos de
tiempo mínimos, la ponderación de tiempo se describe de la siguiente manera, S (Slow),
brinda una respuesta lenta del dispositivo frente a un sonido en un intervalo de tiempo de un
segundo. F (Fast), el equipo responde de forma rápida ante un sonido por un tiempo de 0.125
seg, se usa cuando se requiere detectar medidas precisas que se pasan por alto en la
ponderación S. Las ponderaciones I (Impulsive) y P (Peak) se encuentran relacionadas al
análisis de los efectos que pueden generar sonidos de duración muy corta (en el orden de
microsegundos), en el oído. (Sexto, 2016).
Existen otros conjuntos especializados en las mediciones de ruido en recintos como las
Curvas NC, RC, PNC o RN, que se usan especialmente en Estados Unidos.
El sonómetro como dispositivo modular puede complementarse con herramientas de filtrado
por bandas de octava o tercios de octava, con el fin de brindar datos más precisos, estos filtros
se ajustan a los estándares establecidos por la ISO, donde se fijan las frecuencias centrales
para cada banda como se muestra en la tabla N°7, a continuación:
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Frecuencias centrales para bandas de octava.
31.5 Hz
63 Hz
125 Hz
250 Hz
500 Hz
1000 Hz
2000 Hz
4000 Hz
8000 Hz
16000 Hz
Tabla 7, Frecuencias centrales para bandas de octava. (ISO, Frecuencias Preferentes., 1997)
En la actualidad los sonómetros cuentan con memoria interna y pueden realizar mediciones
por intervalos de tiempo de hasta 24 horas, los sonómetros cuentan con conexión USB y su
información es compatible con los software especializados en tratamiento y diseño acústico.
Los fabricantes de estos elementos se apegan a los estándares establecidos por la
International Electrotechnical Commission o IEC, con el fin de evitar las diferencias de
medición entre marcas y referencias.
2.3.1.2 Calibrador.
Los calibradores son equipos cuya función se centra en el mantenimiento de instrumentos de
medida, en este caso el calibrador es un dispositivo comúnmente cilíndrico que se encaja en
el micrófono (Ver figura 35), donde emite un tono con un nivel de presión sonora constante
y una frecuencia fija, que sirve como referencia a la hora de realizar ajustes en la medida del
mecanismo, (CESVA, 1998) la calibración es una tarea vital previa a los procesos de
medición pues garantiza la precisión y exactitud en las lecturas.
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Figura 35, Sonómetro y calibrador.
Fuente: (PCE, S.F)
2.3.1.3 Fuentes de impacto.
Las fuentes de impacto son elementos emisores de sonido, existen diferentes tipos de estas
que poseen diferentes patrones de radiación y direccionalidad, usualmente se usan fuentes
omnidireccionales conocidas como dodecaedro como se muestra en la figura 36, debido al
número de altavoces que poseen, este tipo de fuentes son de alto costo y poco comunes,
suelen ser usadas por empresas expertas en este campo y organizaciones que realizan tareas
de sanidad acústica laboral y ambiental.
Figura 36 Dodecaedro y Patrón de radiación fuente omnidireccional.
Fuente: (A. Pérez López, 2006)
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2.4 Materiales acústicos.
Los denominados materiales acústicos son el pilar de la acústica arquitectónica y el
acondicionamiento acústico de locales, pues con los elementos que se describen a
continuación es posible modificar las características de un recinto.
2.4.1 Materiales Absorbentes.
En el caso de este tipo de materiales se debe tener en cuenta a aquellos que hacen parte de la
estructura del recinto y tienen tendencia a la vibración como es el caso de: ventanas, puertas,
paredes modulares o separadoras. En este tipo de elementos se puede decir que hay una
absorción “verdadera”, ya que la energía es sustraída de la energía sonora incidente, no como
en otros casos donde la energía se disipa. Para calcular el coeficiente de absorción (a) de
estos componentes se usa la siguiente expresión.
𝒂 = (𝟐∗𝝆𝟎∗𝒄
𝝎𝑴)
𝟐 (Ecuación 11)
Donde ρ0 es la densidad de aire = 1.18 Kg/𝑚3
ω=2πF,
F= frecuencia en Hz
M= masa por unidad de superficie en Kg/𝑚2.
- Materiales rígidos y no porosos usados en la fabricación del recinto (como el
hormigón).
Estos materiales por lo general son muy lisos y no tienen porosidades, por lo que dan
una absorción mínima en el recinto. Ya que normalmente la absorción del sonido se
da generalmente en la capa adyacente de aire del material. Su efecto será únicamente
tomado en cuenta cuando no existe ningún material absorbente en el recinto.
A continuación, en la tabla N°8 se muestra el coeficiente de absorción de algunos de
los materiales que normalmente conforman un recinto acústico. De acuerdo con
(Long, 2006).
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Material Coeficiente de absorción (a) según
frecuencia (Hz)
Frecuencia(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Hormigón pintado 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02
Alfombra de lana 1.2Kg/m^2 0.1 0.16 0.11 0.3 0.5 0.47
Cortina 338g/m2 0.03 0.04 0.11 0.17 0.24 0.35
Espuma poliuretano 50mm 0.07 0.32 0.72 0.88 0.97 1.01
Ventana abierta 1 1 1 1 1 1
Asiento de madera 0.01 0.02 0.03 0.04 0.06 0.08
Personas en asiento de
madera
0.34 0.39 0.44 0.54 0.56 0.56
Tabla 8, Coeficientes de absorción de materiales de acuerdo a la frecuencia.
- Materiales fonoabsorbentes.
La característica principal de estos materiales es que son porosos, cuya función se
basa en atenuar el sonido en cierto rango de frecuencias específico.
Este tipo de materiales son usados con frecuencia ya que pueden ser instalados en
puertas, pisos, paredes, techos etc, en la figura 37, que se muestra a continuación se
puede observar un material fonoabsorbente poroso fabricado en espuma.
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Figura 37, Material fonoabsorbente poroso.
Fuente: (COMAUDI, s.f.)
También existen materiales que no son totalmente porosos, en lugar de perforaciones
poseen canales y la absorción del sonido en estos elementos está dada por el número
de conductos que posea, entre mayor sea el número de canales, mejor será la
absorción. Cuando la onda penetra el material su energía se divide en la que atraviesa
la superficie del material y la que vuelve a la pared posterior a través del material, así,
que desde este punto de vista este proceso se repite indefinidamente hasta que la señal
que se refleja sea lo suficientemente débil a causa de las consecutivas atenuaciones
que se dan al interior del material, como se muestra en la figura 38.
Figura 38, Material fonoabsorbente.
Fuente: Autor.
Una práctica común es reemplazar los materiales fonoabsorbentes por cubetas de
huevos, sin embargo, es prácticamente imposible lograr el mismo efecto que con un
| 58
material de calidad, ya que carecen de porosidad y volumen, además su vida útil es
inferior a comparación de los elementos mencionados.
2.4.2 Resonadores.
Como se vio anteriormente la resonancia es una característica que afecta la acústica de los
recintos, en algunos se pueden aprovechar sus propiedades a través de elementos que pueden
absorber frecuencias de forma selectiva conocidos como resonadores, a continuación se
describen los diferentes tipos de materiales resonadores acústicos.
- Resonadores de membrana.
Son sistemas que absorben parcialmente la onda acústica cuando encuentran en su
camino cuerpos capaces de vibrar a su propio ritmo. Pero su absorción es discreta,
esto quiere decir que, al encontrar un cuerpo con modos de vibración discreta, absorbe
solo algunas de las frecuencias.
Este tipo de panel posee reducción, parte de las vibraciones penetra al material
convierte se energía mecánica y se disipa en forma de calor, debido a esto también
actúa como un material absorbente, se estima que en estos sistemas el coeficiente de
absorción no es mayor a 0.5.
Estos materiales son muy eficientes y propicios para recintos con campo sonoro
difuso, ya que una onda plana que se refleja desde una superficie vibrante pierde sus
propiedades direccionales.
Una de las características principales de esos materiales es que la absorción depende
de la elasticidad de los materiales, de su peso específico, dimensiones y del
procedimiento de sujeción de los paneles, así como de la posición que se encuentre
en la pared en los recintos, y del material que se use en los rellenos entre la pared y
el sistema.
Como muestra la figura 39, un resonador de membrana está compuesto de un material
de masa M por unidad de área, que puede ser yeso o madera, puesto enfrente de una
| 59
pared rígida a una cierta distancia d (distancia entre el panel y la pared), sostenida por
cada uno de sus extremos.
Figura 39, Resonador de membrana.
Fuente: Autor.
En cuanto a la ubicación y/o distancia adecuada para los resonadores de membrana,
se tiene en cuenta que estos están diseñados para absorber un rango bajo de
frecuencias, así que es importante que la distancia d sea mucho menor a la longitud
de onda, por ejemplo, a una frecuencia de 130 Hz con una velocidad de onda de
343.2m/s la longitud de onda es 2.6 m aproximadamente, así que la distancia d tiene
que ser mucho menor a 2.6m.
Un ejemplo de resonador de membrana construido en madera se muestra en la figura
40.
| 60
Figura 40, Resonadores de membrana en madera.
Fuente: (Sonoflex, S.F)
- Resonadores Helmholtz de cavidad simple.
Los resonadores Helmholtz se encuentran conformados por una ranura en la pantalla
que conduce a una cavidad donde se concentra el aire, es allí donde se presenta el
efecto de resonancia, como se muestra en la figura 41. A partir de este principio
pueden hacerse arreglos de resonadores de simple cavidad que consiste en agruparlos
de forma contigua a lo largo de un panel, esta es la forma más común de uso práctico
de este tipos de elementos, pues no suele ser común encontrar un solo resonador,
además con la técnica de arreglos es posible abarcar un margen más amplio en
frecuencia aumentando la utilidad de este tipo de materiales.
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Figura 41, (a) Resonador de cavidad simple, (b) Arreglo de resonadores.
(a) (b)
Fuente: (a) Autor, (b) (Diego Fernandez, Imanol Sanchez, Lucas Gilberto, 2011).
- Resonadores de múltiple cavidad.
Este tipo de resonadores consiste en una pantalla no muy gruesa, a la cual se le hacen varias
ranuras, con el fin de realizar cavidades que permitan la acumulación de aire entre el panel y
la estructura que le sostiene, generalmente la pared vertical de un recinto, la figura 42 muestra
una representación gráfica de este tipo de elementos.
Figura 42, Resonador de múltiple cavidad.
Fuente: Autor.
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En su construcción se busca que la separación entre el panel y la pared sea pequeña en
comparación con la longitud de onda de una onda sonora en su frecuencia fundamental, para
su construcción se usan materiales como madera, cartón o yeso.
2.4.3 Trampas para bajos.
Este tipo de materiales surge como solución a la reverberación en salas pequeñas que se
genera a partir de las ondas sonoras con bajas frecuencias, de ahí su nombre, ya que las bajas
frecuencias como se mencionó anteriormente corresponden a los tonos bajos o graves, por
eso su uso más común se presenta en salas de grabación o auditorios pequeños.
Debido a las grandes longitudes de onda que poseen los sonidos graves tratar de absorber la
energía sonora de este tipo de sonidos con materiales porosos absorbentes requeriría de
paneles con grosor mayor a un metro, por lo tanto, las trampas de graves se encuentran
construidas para ubicarse en zonas específicas dentro de una sala, las esquinas, pues allí se
puede aprovechar mejor el espacio y preferiblemente en las paredes que se encuentran tras
los altavoces o las fuentes sonoras.
Las trampas de graves más comunes cuentan con superficies de alto relieve a forma de valles
o cuencas, donde las ondas se reflejan hasta desaparecer, (Winer, 2012), sin embargo,
también es posible encontrar dispositivos llamados absorbentes de diafragma, los cuales
cuentan con una superficie recta, que presenta perforaciones y una cavidad de aire, la
distancia que separa a la membrana de la pared determina la frecuencia fundamental a la cual
resonará el material en cuestión, en la figura 43 se muestran imágenes de las trampas de
graves comerciales.
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Figura 43, (a) Sala con absorbentes de diafragma, (b) Sala con trampas de graves.
(a) (b)
Fuente: (Súarez, 2016)
2.4.4 Difusores.
Los difusores principalmente actúan como superficie reflejante para el sonido, aunque
modifica sus características, ya que el reflejo se da de manera “pulverizada”; lo que hace que
la imagen sonora sea más rica y no interfiera con la primera señal, el funcionamiento de este
tipo de elementos es posible gracias a propiedades como la reflexión y la difracción de ondas
sonoras.
Los difusores tienen el efecto en los recintos de dar una definición mucho mejor a los sonidos,
y generar más espacio. En salones con una forma compleja ayudan al sonido a llegar a lugares
recónditos como rincones, además con el uso de estos elementos es posible brindar un alcance
uniforme en todo el recinto, los difusores pueden ser:
- Convexos.
Los difusores convexos poseen forma elipsoide con una cavidad que se proyecta hacia
el interior de la sala, reflejando las ondas de forma divergente. Su campo de difusión
es perpendicular al eje del cilindro; es ideal para situar en rincones funcionando
también como trampa de graves especialmente en recintos pequeños. Este tipo de
| 64
difusores usualmente poseen un campo de difusión cercano a los 120°, su
funcionamiento depende de la frecuencia del sonido y su longitud de onda, en la figura
44 se puede observar un difusor convexo comercial.
Figura 44, Difusor convexo.
Fuente: (Vicente, 2015)
- Difusores de residuos cuadráticos o QRD.
Los difusores QRD se construyen a base de un sistema de ranuras o canales que se
ubican a lo largo el panel, el margen de frecuencia que abarca este tipo de materiales
se rige de acuerdo a su ancho y su fondo, donde la anchura de los canales determina
la frecuencia más alta de trabajo, mientras que la profundidad establece la frecuencia
mínima, con este tipo de difusores se busca que las ondas sonoras alcancen distintos
ángulos del recinto, y de esta forma ofrecer una sensación acústica uniforme, para su
elaboración suele usarse madera, metal y fibra de vidrio, es común encontrar difusores
QRD en auditorios, salas de grabación y salas de concierto.
La figura 45 permite detallar los diferentes canales y su distribución en un panel
difusor QRD.
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Figura 45, Difusor QRD.
Fuente: (Russo, 2014)
- Difusores bi-radiales.
El principio de funcionamiento de estos difusores es igual al ejemplo anterior, el
cambio radica en su distribución, pues los canales se ubican a lo largo y ancho del
panel, encontrándose a 90° entre sí, estos materiales suelen ubicarse en techos y zonas
de amplia difusión, en la figura 46 se presenta un panel difusor bi-radial.
Figura 46, Difusor bi-radial.
Fuente: (RPG Difussor Systems, S.F)
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- Difusores diseñados por software.
La acústica arquitectónica avanza a la par de la tecnología y gracias a herramientas
digitales se ha desarrollado la posibilidad de diseñar y crear difusores que cumplan
con una función específica y exacta dentro de un recinto, un ejemplo son los
materiales que conforman la sala de conciertos Elbphilharmonie de Hamburgo en
Alemania (ver figura 47), donde se estima que el auditorio central del lugar cuenta
con 10.000 paneles difusores diferentes entre sí, que revisten las paredes del lugar, la
fabricación de estos también se hace de forma programada gracias a maquinas
fresadoras, las cuales dan el patrón de difusión requerido al bloque de fibra de vidrio
que conforma el panel, logrando con esta técnica una dispersión uniforme en la sala
a pesar de la forma compleja que esta posee.
Figura 47, Sala de conciertos Elbphilharmonie (a) Panel difusor, (b) Techo del auditorio
central.
(a) (b)
Fuente: (Heissner, 2017).
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A continuación, en la tabla N°9 se muestra un resumen de los materiales acústicos y sus
particularidades.
Material acústico Características
Resonantes de
membrana
- Propicios para campos sonoros difusos.
- Su absorción depende de la elasticidad de los
materiales con que está construido, peso y su posición
en la pared.
- La ubicación de un resonador a otro (d) << ℷ
Resonadores de
cavidad múltiple.
- Resultan ser difusores al encontrar un sonido incidente,
y por ser perforado actúa como resonador a frecuencias
medias. Normalmente hechos en madera o yeso.
Trampa de bajos - Ideal para absorber bajas frecuencias.
- Su ubicación normalmente es en las esquinas, debido a
la concentración de bajas frecuencias en estos lugares.
Difusores - No absorben, pero dispersan el sonido de manera
“pulverizada”. Existen varios tipos:
- Residuales cuadráticos: Su campo de difusión es
perpendicular a sus canales; mantiene la integridad
acústica entre sus canales.
- Convexos: dispersión del sonido a 120°, usados con
frecuencia como amortiguadores de bajas frecuencias.
- Birradiales: Combinación de dos residuales
cuadráticos cruzados a 90°.
Materiales
fonoabsorbentes.
Materiales normalmente porosos, cuya función principal
es atenuar las frecuencias de determinado rango. Usados
principalmente en puertas, ventanas, tapicería etc.
Tabla 9, Resumen de los Materiales acústicos.
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2.5 Acondicionamiento acústico de locales.
La principal causa de realizarle un acondicionamiento a un recinto, a un local o teatro es
alcanzar la mejor distribución y de manera equivalente en todo el lugar, es decir lograr una
uniformidad sonora.
La arquitectura acústica intenta llegar al ideal pero no siempre se logra, aunque tratan de
aproximarse lo más posible utilizando ciertas técnicas para aprovechar todas las cualidades
de las ondas sonoras como la absorción, reflexión y difusión a partir del uso de los materiales
que complementan a aquellos con que está construido el recinto.
El aspecto más importante para tener en cuenta en este acondicionamiento es el tiempo de
reverberación de la sala, el cual no debe ser mayor a dos segundos, que es un tiempo tomado
con base a una frecuencia de 500 Hz (la frecuencia que uso Sabine para sus prácticas) y el
volumen general de cada sala. La reverberación se debe calcular en base a una frecuencia
base para la cual será utilizada, ya que depende de los coeficientes de absorción de los
materiales usados en la construcción de la sala y este coeficiente a su vez depende de la
frecuencia.
Para un acondicionamiento acústico se deben tener en cuenta las siguientes técnicas:
2.5.1 Insonorización.
Cuando se habla de insonorización de un lugar se tiene en cuenta dos aspectos, aislar el
sonido que viene del exterior y potencialmente puede distorsionar el sonido en el recinto y
aislar el sonido que se produce en el lugar para evitar que este salga y produzca
contaminación auditiva.
Cuando se habla de aislamiento acústico es común confundirlo con el acondicionamiento
acústico, lo cual es un error, ya que el aislamiento acústico tiene como tarea proveer de
protección al recinto contra perturbaciones exteriores, y el acondicionamiento acústico ayuda
a mejorar la acústica del recinto.
Ya que el asilamiento consiste en que la onda no penetre o salga del recinto, en la
construcción de un recinto aislado se usan materiales absorbentes como materiales aislantes.
| 69
El aislamiento es la consecuencia de la energía que se transmite con la energía que se refleja
y la que se absorbe, así que, existen principios importantes en la construcción de un
aislamiento acústico.
- Ley de Masa.
La ley de masa indica que a mayor grosor y masa de los materiales que conforman la
capa aislante, mayor atenuación de las ondas sonoras, se estima al doblar la masa por
unidad de superficies el factor de aislamiento tiene un aumento de 6 dB (Moreno,
2017), como aspecto a tener en cuenta, se estima que la frecuencia del sonido también
afecta al aislamiento de local, pues la frecuencia y el factor de aislamiento son
directamente proporcionales.
- Factor multicapa.
Como es de suponerse, el uso de varias capas de materiales brindan un nivel e
aislamiento superior al que se consigue con una sola capa, esto se da gracias a que la
frecuencia de resonancia en este caso es determinada a partir del grosor de los
elementos que componen las múltiples capas, las cuales pueden ser de diferentes
materiales o bien de un mismo material con diferente espesor, además, el
funcionamiento de este caso radica en que las frecuencias que logren pasar la primer
capa se atenúen al encontrarla segunda.
- Factor de disipación.
Este factor tiene como característica el garantizar una buena insonorización a partir
del uso de materiales con porosidad media-alta y densidad baja, ya que este tipo de
materiales tienen como característica adicional un buen aislamiento térmico,
cumpliendo doble funcionalidad, entre los materiales comerciales, el más común es
la lana de roca (Acústica, 2018).
| 70
2.5.1.1 Cámara Anecoica.
El caso más representativo de insonorización es la construcción de cámaras anecoicas, este
tipo de recintos son salas que tienen como propósito absorber en su totalidad las reflexiones
que tienen lugar en dicho recinto, estos lugares se encuentran totalmente aislados de cualquier
tipo de sonido proveniente del exterior y en su interior todas las superficies se encuentran
revestidas por materiales absorbentes y disipadores, si bien en el caso práctico es casi
imposible alcanzar el 100% de insonorización, existen habitaciones que rozan el 95 %, el
record Guinness en esta materia pertenece a la cámara construida por los laboratorios
Ordfield, que se muestra en la figura 48, la cual presenta el 99 % de absorción sonora, en este
lugar es posible percibir el sonido que se produce debido a la circulación del torrente
sanguíneo.
Figura 48, Cámara anecoica.
Fuente: (Jorge M. , 2017)
2.5.2 Tratamiento acústico.
El tratamiento acústico consiste en la modificación de las características propias de un
recinto, con el fin de buscar una distribución de las ondas sonoras uniforme y una respuesta
en frecuencia plana en el lugar, para esto es necesario el uso de los materiales acústicos que
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se vieron anteriormente y para determinar el procedimiento a seguir es necesario conocer las
propiedades de la sala como el tiempo de reverberación, la sonoridad y la forma entre otros.
- Simulación y diseño acústico.
El diseño acústico es un proceso complejo debido a la gran cantidad de parámetros
que se tienen en cuenta durante su ejecución, por lo tanto se requiere de la mayor
pulcritud posible para disminuir al máximo las probabilidades de error, debido a esta
necesidad surgió el uso de herramientas informáticas o software que permiten realizar
simulaciones acústicas, las cuales permiten tener una noción del funcionamiento o no
del procedimiento y las técnicas aplicadas en este, si bien en su momento se
popularizaron las simulaciones a escala, que consistían en construir una maqueta
similar al recinto a tratar, en la actualidad esta técnica es prácticamente obsoleta, por
lo tanto no se tendrá en cuenta en este documento, centrándose así en la simulación
por software.
Figura 49, Proceso de diseño acústico.
Fuente: Autor.
Sin embargo, el diseño acústico va más allá de la simulación e involucra
procesos como las mediciones acústicas y la implementación de materiales acústicos,
pues a partir de los datos recolectados durante los procedimientos de medición se
debe establecer la estrategia y las técnicas a seguir para alcanzar los valores óptimos
para los diferentes parámetros y así mejorar u obtener el nivel de acústica adecuado
para el recinto a tratar, es por esto que el diseño acústico es el ejercicio más importante
MODELO
ARQUITECTONICO
DE LA SALA
INFORMACION
MATERTIALES
CONSTRUCTIVOS
SOFTWARE
DE
SIMULACION
ACUSTCA
CALCULO DE
PARAMETROS
ACUSTICOS
VALIDACION
OBJETIVA
DISEÑO FINAL
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dentro de la acústica de recintos, ya que como se acaba de observar, recoge y aplica
todos los conceptos tratados en el presente texto.
- Ejemplo de diseño acústico.
Para culminar el capítulo dedicado a la acústica de recintos, se muestra un ejemplo de diseño
acústico para el teatro casa de la cultura, Tres Cantos ubicado en Madrid, España, tomado
del libro Diseño acústico de espacios arquitectónicos de Antoni Carrión.
- Primer paso, descripción del espacio a diseñar: Esta sala tiene un volumen de
aproximadamente 3600 m3, sin contar el escenario. Una superficie de audiencia de
271m2y una superficie útil de escenario de 132m2. En la figura 50 se muestra el escenario
a tratar.
Figura 50, Teatro de la casa de la cultura, Tres Cantos (Madrid, España)
Fuente: (Carrion, 1998)
- Segundo paso, determinar los objetivos acústicos:
T (sala ocupada): entre 1y 1,2s
𝐶50(sala ocupada) > 2dB
% 𝑎 (sala ocupada) < 5%
NI (sala ocupada) ≥ 0.65
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G (sala ocupada): entre 4 y 8 dB, para una orientación frontal del actor y
entre 2 y 6 dB, para una orientación lateral al actor.
Ausencias de ecos y focalizaciones del sonido.
- Paso tres, materiales usados para los acabados del recinto: En la tabla 10, que se encuentra
a continuación, se encuentran los materiales usados y revestimientos como acabados del
teatro; todo esto por supuesto relevante e influyente en la obtención de los tiempos de
reverberación (RT 60).
SUPERFICIE MATERIAL
Suelo de platea, palcos y anfiteatro Sillas con un bajo porcentaje de superficie tapizada
Paredes laterales y posteriores
Superficie en diente de sierra bajo anfiteatro(Figura 51)
Paredes colaterales a la boca del escenario.
Paredes del foso de la orquesta
Reflectores suspendidos del techo (Figura 51)
Tablero de madera lisa de 12.5 mm de espesor y 14
Kg/𝑚2 de densidad
Falso techo (Figura 51)
Superficie sobre la boca del escenario
Panel de madera de 12.5 mm de espesor y 14 Kg/𝑚2
de densidad, perforado en un 5% mediante agujeros
de 5mm de diámetro separados 20mm, montado con
cámara de aire ≥200 mm rellena de lana de roca de
40 mm y 70Kg/𝑚3
Suelo del foso de orquesta Madera
Ventana sala de control Cristal
Paredes laterales y techo del palco Yeso enlucido
Pared posterior de los palcos Cortinas fruncidas al 180% y de 0.45 Kg/𝑚2de
densidad
Tabla 10, Información de los materiales usados.
- Paso cuatro, diseño de reflectores: Como se muestra en la figura 51.
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Figura 51, Teatro de la casa de la cultura de tres cantos a) vista en alzado de los
reflectores suspendidos del techo, de la superficie en diente de sierra bajo el
anfiteatro y del falso techo, b) vista en planta de los reflectores suspendidos del techo.
- Paso cinco, Resumen de los resultados de las medidas y valoración acústica de la sala:
Se realizaron una serie de mediciones, para verificar que los valores de los parámetros del
teatro correspondieran con los inicialmente expuestos.
Las medidas realizadas en diferentes puntos del teatro como se muestra en la figura 52, con
un micrófono a 1,2 m respecto al suelo.
➤ A: sobre el eje longitudinal del recinto, a una distancia de 2 m de la boca del
escenario y a una altura de 1,5 m respecto al suelo del mismo
➤ B: sobre el eje longitudinal del recinto, a una distancia de 5 m de la boca del
escenario y a una altura de 1,5 m respecto al suelo del mismo.
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Figura 52, Ubicación de los puntos de medida y de la fuente sonora a) planta baja, b)
anfiteatro.
- Paso seis, cálculo de RT: se toman valores medios de RT, para las bandas de octava
situadas en 125 Hz y 4 KHz, correspondientes a la sala vacía y ocupada. Los primeros se
han calculado como media aritmética de todos los valores de RT medidos, mientras que
los segundos se han obtenido a partir de una serie de cálculos teóricos basados en estudios
realizados por Barrón. Estos cálculos están reflejados y pueden ser observados en la
figura 53.
Figura 53 Valores medios de los tiempos de reverberación correspondientes a la
sala vacía y ocupada
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Como puede observar en la figura anterior, el valor medio de RT es de 1.19 s, lo que, mirando
los requerimientos iniciales, el T es adecuado para el diseño acústico del teatro
- Paso siete, determinar claridad de la voz (C50)
Se toman las bandas de octava situada entre 500Hz y 4kHz, correspondiente a la sala vacía y
ocupada, como puede ver en la figura 54. Los primeros se han calculado como media
aritmética de todos los valores de C50 medidos, mientras que los segundos se han obtenido
a partir de una serie de cálculos teóricos basados en estudios realizados por Barron.
El valor medio de C50 correspondiente a la sala ocupada es de 2.1dB.
Así que como estaba en los requerimientos iniciales C50 debe ser mayor a 2dB, por lo cual
el nivel es correcto.
Figura 54, Valores de C50 correspondientes a sala vacía y ocupada.
- Paso ocho, determinar el nivel de inteligibilidad (NI): En la tabla 11 se muestran los
valores promedios de NI tomando en los distintos puntos establecidos en la figura 52
PUNTO DE
MEDIDA
NI
P1 0.68
P2 0.59
P3 0.59
P4 0.56
P5 0.58
P6 0.55
P7 0.52
P8 0.59
P9 0.64
Tabla 11. Valores medios para NI (sala vacía)
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Es entonces el valor medio correspondiente a la sala vacía de NI=0.59, teniendo en cuenta
que el nivel total de atenuación a=0.07 (7%), y los valores medios de NI correspondientes a
la sala ocupada se tomaron mediante la simulación informática, y fueron los siguientes:
NI=0.67, a=0.046.
Se puede observar que el nivel de inteligibilidad NI es superior al mínimo requerido en el
inicio del problema, y el valor de atenuación total es apenas inferior al máximo permitido
(5%). Con esto llegamos a la conclusión de que el nivel de inteligibilidad de la sala es bueno.
- Paso nueve, medir y determinar el nivel de sonoridad de la sala: Las medidas se realizaron
en los mismos nueve puntos vistos en la figura 52 en la posición A antes determinada.
En la tabla 12 se muestra los valores de los niveles de sonoridad (G) con la sala vacía, y los
niveles de sonoridad (Go) con la sala ocupada. Estos valores se tomaron con una orientación
frontal 0° y una lateral 90°.
SONORIDAD MEDIA EN dB P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9
G (0°) 10.2 8.8 8.5 8.2 8.2 6.8 6.2 6.5 6.5
G (90°) 7.2 6.5 6.2 5.2 6.2 5.2 3.8 3.8 5.5
Go (0°) 9.2 7.9 7.6 7.2 7.2 5.9 5.2 5.6 5.6
Go (90°) 6.2 5.6 5.2 4.2 5.2 4.2 2.9 2.9 4.6
Tabla 12, valores medios de G y Go para 0° y 90°
Se toma el valor medio de Go (sonoridad promedio con la sala ocupada) en ubicación frontal,
y se encuentra que es 6.8 dB, por consiguiente, se encuentra entre el margen deseado que es
entre 4 y 8 dB.
Y para una ubicación lateral (90°) el valor medio de Go es de 4,6 dB, lo que está también por
supuesto, en el rango deseado de sonoridad que esta entre 2 y 6 dB. En conclusión, el grado
de sonoridad de la sala es óptimo.
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3. Electroacústica.
La electroacústica es la rama de la acústica en la cual se busca brindar soluciones a,
problemas en la acústica de un lugar mediante el uso de dispositivos electrónicos. En el
presente capítulo se muestra la información relacionada a estos dispositivos, comenzando
por los dispositivos transductores, seguido por los de amplificación y procesamiento de
señales, para culminar con los diferentes tipos de sistemas de audio, sus configuraciones y
distribución.
3.1 Transductores.
Se conoce como transductores a aquellos dispositivos que tienen como función realizar
transformaciones de energía, en el campo de la electroacústica, se busca convertir el sonido,
que como se vio anteriormente es un tipo de energía mecánica que se genera a partir de la
vibración de las partículas de un medio, en energía eléctrica. Sin embargo, el proceso de
transducción de energía acústica a energía eléctrica no se puede llevar a cabo de manera
directa, requiere una etapa de conversión intermedia, donde la energía acústica se transforma
en energía mecánica y luego en energía eléctrica, tal como lo hace el oído humano, estos
procesos se muestran en las figuras 55 y 56.
Figura 55, Proceso de conversión de energía acústica en energía eléctrica.
Fuente: Autor
En el caso inverso, donde se requiere convertir energía eléctrica en sonido, la metodología
es idéntica, pues también se requiere de la etapa de conversión intermedia que se explicó
anteriormente.
| 79
Figura 56, Proceso de conversión de energía acústica en energía eléctrica.
Fuente: Autor
A la hora de captar el sonido se usan mecanismos denominados micrófonos, mientras que
reproducir un sonido proveniente de una señal eléctrica se usan terminales llamados
altavoces, este par de elementos hacen parte de un sistema de sonido básico, como se muestra
en la figura 57, el cual se complementa con otros dispositivos que ayudan a procesar la señal
y que se explicaran más adelante.
Figura 57, Diagrama de bloques sistema de audio simple.
Fuente: Autor.
3.2 Micrófonos.
Los micrófonos son dispositivos electrónicos que tienen como función convertir las ondas
sonoras en energía eléctrica, fabricados a partir de materiales como carbón, muy populares
en el siglo XX, debido a su alta sensibilidad, también existen micrófonos construidos a base
de materiales electromagnéticos y piezoeléctricos, es decir, generan diferencias de potencial
al ser excitados por una energía mecánica (Tipler, 2006), esta característica es propia de
elementos cerámicos como el cuarzo, o la sal de Rochelle, los cuales a su vez son capaces de
resonar, gracias a estas propiedades los micrófonos pueden ser usados como instrumentos de
| 80
medida o sensores, sin embargo, al igual que estos últimos, en algunos casos la energía que
producen es apenas perceptible, por lo tanto, para lograr el resultado deseado debe ser
acompañado por etapas de amplificación y procesamiento de señal, aunque en la actualidad
existen dispositivos con una sensibilidad baja, término que se explica a continuación junto a
los principales parámetros que rigen el comportamiento de estos dispositivos.
3.2.1 Parámetros de los micrófonos.
- Sensibilidad.
Según (Pueo, Basilio - Romá Miguel, 2003), la sensibilidad es el parámetro que
determina la capacidad de un micrófono para percibir sonidos de baja intensidad,
matemáticamente puede representarse como la relación que existe entre la señal
eléctrica producida y la presión que se ejerce en el momento de la estimulación
sonora.
𝑆 = |𝑉
𝑃| (Ecuación 12)
Donde V corresponde al valor de la tensión generada por la señal sonora y P a la
presión sonora, si bien la sensibilidad suele entregarse en unidades de V/Pascal,
también se puede expresar en unidades de dB, en este caso, de acuerdo a las
propiedades de los logaritmos y decibeles vistas en el primer capítulo del texto, se usa
la siguiente expresión:
𝑆(𝑑𝐵) = 20 log𝑆
𝑆𝑟𝑒𝑓 (Ecuación 13)
Donde S corresponde al valor lineal de sensibilidad y Sref a un valor referencia de 1
V/Pa
- Impedancia.
La impedancia de salida de un micrófono es una característica que consiste en la
oposición que ejerce el dispositivo frente a la corriente alterna a la salida del mismo
y depende del tipo de micrófono (dinámico, capacitivo, etc), se recomienda que la
| 81
impedancia de los equipos amplificadores a los cuales se conecta un micrófono debe
ser mayor que la de este último para evitar alteraciones en el funcionamiento del
sistema.
Figura 58, Acople de impedancias Micrófono – Amplificador.
Fuente: Autor.
- Respuesta en frecuencia de un micrófono.
La respuesta en frecuencia típica de un micrófono corresponde al comportamiento de
la sensibilidad en unidades de dB, frente a la variación de la frecuencia en toda la
extensión del espectro audible, en la figura 59 se muestra la respuesta en frecuencia
típica de un micrófono, sin embargo esta puede variar en algunos casos dependiendo
de factores como el área de superficie del dispositivo, medida generalmente dada en
unidades de pulgadas, pues según (Long, 2006), por ejemplo, cuanto menor sea el
área de superficie de un micrófono capacitivo, mejor será su respuesta frente a altas
frecuencias.
Figura 59, Respuesta en frecuencia típica de un micrófono.
Fuente: (Shure).
| 82
- Direccionalidad de un micrófono.
La direccionalidad es el parámetro que determina la trayectoria en la cual un sonido
incide sobre el micrófono, suele expresarse mediante los llamados diagramas polares,
en donde suelen graficarse los patrones de radiación, estos indican la posición o
ubicación adecuada en la que el emisor debe dirigirse al micrófono para lograr una
percepción adecuada por parte de este (Davis, 1975), si bien cada micrófono tiene un
patrón de radiación único, es posible clasificar estos en categorías básicas, que se
muestran en la figura 60.
Figura 60, Diagrama polar y patrones de radiación.
Fuente: Autor.
- Conexión balanceada y desbalanceada.
Como la mayoría de equipos electrónicos, los micrófonos requieren de conexión
alámbrica, donde las líneas se encargan de transportar la información y en algunos
casos alimentar el dispositivo. Esta conexión puede ser balanceada o desbalanceada.
En la actualidad los micrófonos también pueden conectarse al amplificador vía
inalámbrica como se verá más adelante.
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Figura 61, Conexión balanceada y desbalanceada.
Modificado de: (Alonso, 2013)
Este tipo de conexiones son visibles físicamente, si se remueve la capa exterior del
cable, se puede observar una malla que se encuentra presente en ambas
configuraciones y que tiene como propósito evitar interferencias electromagnéticas,
la conexión desbalanceada cuenta con un elemento conductor encargada de llevar la
señal, mientras que la conexión balanceada consta de dos elementos conductores
complementarios, al igual que en la conexión simple o no balanceada su función
transportar la señal, esta topología tiene como beneficio la disminución de las
perdidas por longitud de la línea (cable), además de la reducción de ruido eléctrico.
3.2.2 Tipos de micrófonos.
3.2.2.1 Micrófono dinámico o de bobina móvil.
Este tipo de micrófonos corresponden a una variante de gran uso comercial, gracias a su
resistencia física, su buena respuesta en frecuencia (40 – 16000 Hz), son dispositivos que
pueden ser omnidireccionales o direccionales de acuerdo a su diseño, lo que se traduce en
una alta oposición al fenómeno de realimentación (feedback), el cual consiste en la alteración
del sonido al captar el micrófono las ondas sonoras procedentes del mismo sistema de audio
al cual se encuentra acoplado, en la figura 62 se puede observar un equipo comercial y un
esquema con sus principales componentes.
| 84
Figura 62, Microfono dinámico o de bobina movil.
Fuente: Autor.
El funcionamiento de estos dispositivos se basa en el la inducción magnética, se encuentra
compuesto por una membrana o diafragma, el cual al recibir las vibraciones producto de las
ondas sonoras, genera desplazamiento en la bobina que rodea a un imán, donde gracias a la
inducción en el campo magnético, se presenta la diferencia de potencial que da como
resultado la señal eléctrica.
3.2.2.2 Micrófono de condensador.
El micrófono de condensador o capacitivo tiene un funcionamiento similar al dispositivo que
le da su nombre, en este caso el capacitor de placas paralelas, elemento cuya capacitancia
depende de variables como la separación entre las placas, principio en el cual se basa el
micrófono capacitivo, pues se encuentra compuesto por una placa fija y una membrana con
carga eléctrica, susceptible cambios de presión, los cuales a su vez generan alteraciones en
la capacitancia del micrófono, dando origen a la tensión (V), variable inversamente
proporcional a la capacitancia (C) de acuerdo a la ecuación de carga (Q): 𝐶 =𝑄
𝑉
Figura 63, Micrófono de condensador.
Fuente: Autor.
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El micrófono de condensador (ver figura 63) ofrece una calidad de sonido alta, y suele ser
usado en procesos de grabación, también ofrece una respuesta en frecuencia superior a los
micrófonos dinámicos, entre 20 y 18000 Hz, y si bien ofrece beneficios en cuanto a calidad,
requiere de mayor cuidado que otra clase de micrófonos y su construcción es más compleja,
por otra parte, debido a que la señal de voltaje es relativamente baja, es necesaria una alta
impedancia, además de una fuente de alimentación externa como polarización, esta tensión
se aplica por medio del cable de conexión , por lo tanto debe aplicarse conexión balanceada
y se denomina Potencia Fantasma (Phantom Power), el patrón de radiación de los micrófonos
de condensador suele ser omnidireccional.
3.2.2.3 Micrófono de cinta magnética.
Los micrófonos de cinta (ver figura 64) se rigen bajo el principio de inducción magnética,
pero a diferencia del micrófono dinámico, su funcionamiento se basa en la diferencia de
presión que hay a ambos lados de una cinta metálica ligeramente plegada, la cual se encuentra
acoplada a un imán. El movimiento de la cinta es el encargado de producir las señales
eléctricas. En cuanto a generalidades, este tipo de micrófonos poseen una alta sensibilidad,
se recomienda su uso en estudios de grabación y espacio cerrados, son especialmente
sensibles a instrumentos de viento, no se recomienda su uso para captar sonidos de alta
intensidad, pues pueden generar daños por sobrecarga, siendo su patrón de radiación
bidireccional.
Figura 64, Micrófono de cinta.
Fuente: Autor.
| 86
3.2.2.4 Micrófono electret.
El micrófono electret es una variación del micrófono de condensador que no requiere fuente
de alimentación externa, por lo tanto su tamaño es menor, lo que permite su aplicación en
equipos portables como celulares, dispositivos reproductores de audio y computadores, sin
embargo, hay que resaltar que este tipo de micrófonos pierden calidad con el uso, su calidad
de sonido es buena, la figura 65 muestra una representación circuital de este dispositivo.
Figura 65, Micrófono electret.
Modificado de: (Panasonic, S.F)
3.2.2.5 Micrófono de conexión inalámbrica.
Gracias al auge de la tecnología inalámbrica (wireless) es posible implementar cualquiera de
las variantes de micrófono vistas anteriormente en una conexión inalámbrica. Para llevar a
cabo esto, debe hacerse uso de terminales o módulos transmisores y receptores, que se
encargan de transformar las señales de audio emitidas por el micrófono en señales de radio,
para lograr una conexión estable y sin interferencia entre ambos puntos, estos deben trabajar
a la misma frecuencia, asignada al conjunto llamado planta-base, como se muestra en la
figura 66.
Figura 66, Sistema de planta-base,
Micrófono inalámbrico.
(Sennheiser)
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En las tabla 13 y 14 se hace un resumen de las características propias y comparativas de los
micrófonos presentados.
Micrófono Fidelidad Sensibilidad Directividad Ruido
Impeda
ncia
interna
Uso
Dinámico 40Hz a
16KHz Buena
Omnidireccionales
y direccionales Bajo
150 -
600 ohmios
Radiodifusión, estudio
y grabaciones
domésticas, actuaciones en
directo.
Capacitivo 20Hz a
20KHz Alta
Omnidireccionales
y direccionales
Muy
bajo
1000 -
1500
ohmios
Calibración,
instrumentación y
grabaciones de alta calidad.
Electret 50Hz a
15KHz Buena
Omnidireccionales
y direccionales Bajo
1000 -
1500
ohmios
Instrumentación,
solapa, multimedia y
etc.
Cinta 40 Hz a
14 KHz Media
Bidireccionales y
direccionales Bajo
200
ohmios
Grabación de alta
calidad, estudio
Tabla 13, Caracterización de micrófonos.
Micrófono Ventajas Desventajas
Dinámico Son más económicos que los de
cinta y los de condensador.
Resistente a golpes y vibraciones.
Soporta condiciones climáticas
difíciles.
Diseño simple.
Pasivo. No requiere alimentación
externa.
Efecto de proximidad,
produce un realce de la
respuesta a frecuencias bajas
cuando se utiliza a muy corta
distancia.
De condensador Cápsulas de pequeño tamaño
(incluso miniaturas) y ligero.
Sensibilidad alta.
Saturan con facilidad a niveles altos
de presión.
Poco resistente a golpes.
Sensible a las condiciones
ambientales de humedad y
temperatura.
Diseño complejo y coste elevado.
| 88
Activo. Requiere alimentación
externa y circuitería extra.
Impedancia muy alta, necesitan
de adaptación.
Presenta saturación ante sonidos
fuertes.
Electret Pasivo. No requiere alimentación
externa.
Sensibilidad alta.
Saturan con facilidad a niveles
altos de presión.
Bastante sensibles a la humedad,
la temperatura y el polvo.
Impedancia muy alta, necesitan
de adaptación.
De cinta Pasivo. No requiere alimentación
externa.
Tiene una impedancia más baja
que los dinámicos de bobina.
No soportan niveles
excesivamente altos de presión.
Sensible a los golpes y a las
vibraciones.
Se produce en ellos también el efecto
de proximidad.
Tabla 14, Comparativa de micrófonos.
3.3 Altavoces.
Los altavoces son los transductores que realizan el proceso inverso a los micrófonos, es decir,
convierte la energía eléctrica en sonido, este proceso se explica en el apéndice 3.1 (ver
imagen 56 “Conversión de energía eléctrica en acústica), comercialmente los altavoces más
comunes son los altavoces de bobina móvil, este tipo de bocinas tienen como característica
una alta durabilidad a un bajo costo, además, estos dispositivos cubren un rango de
frecuencias amplio, pues se pueden utilizar para bajas frecuencias y frecuencias especificas
en tonos altos, sin embargo en este tipo de frecuencias es preferible usar transductores
cerámicos, también llamados piezoeléctricos, ya que estos ofrecen un sonido más claro y
brillante. Los altavoces generalmente se encuentran ubicados en estructuras llamadas cajas
acústicas, las cuales pueden albergar diferentes tipos de parlantes que funcionan a diferentes
frecuencias o bien pueden usarse de forma dedicada a un rango en específico.
| 89
3.3.1 Clasificación de altavoces según su funcionamiento.
- Altavoces de bobina móvil.
Al igual que en el caso de los micrófonos dinámicos (ver figura 67), su
funcionamiento se basa en el principio de inducción, este tipo de altavoces se
encuentran sometidos a un campo magnético generado al pasar una corriente eléctrica
por la bobina, este fenómeno produce el desplazamiento del elemento inductor entre
el imán y el diafragma batiendo el aire delante de él y originando el sonido.
Figura 67, Altavoz de bonina móvil.
- Altavoces activos y pasivos.
El altavoz activo es aquel que mediante el uso de filtros activos, bien sea análogos o
digitales, realiza un proceso de división de frecuencias del espectro, en rangos
compatibles con el funcionamiento de los parlantes usados, este tipo de altavoces
tienen como particularidad que la etapa de amplificación recibe la señal filtrada y
precede al elemento terminal, en este caso el altavoz, mientras que el altavoz pasivo,
no tiene etapa de amplificación, por lo tanto, requiere de un amplificador adicional,
lo que genera pérdidas por calor, debido a esto se considera más eficientes a los
altavoces activos, a continuación, en la figura 68 se muestran las dos variables
mencionadas anteriormente.
| 90
Figura 68, Izq - Altavoz Pasivo, Der- Altavoz Activo.
Fuente: Autor.
3.3.1 Clasificación de altavoces por intervalos de frecuencia.
En la tabla N°15, se muestra la clasificación de altavoces por intervalos de frecuencia.
Clasificación de altavoces por intervalos de frecuencias.
Espectro audible Full – Range o de
rango completo
Son altavoces no especializados, se
pueden encontrar en televisores y
altavoces de ordenador hasta altavoces
de alta fidelidad, con una respuesta de
frecuencia aceptable en el espectro de
audiofrecuencias, por lo que emiten el
rango completo de frecuencias audibles,
a excepción de los sonidos más graves.
Bajas frecuencias: 20
Hz- 80 Hz
Subwoofer Los subwoofers son altavoces
especializados en las más bajas
frecuencias. Complementando los tipos
de altavoces que no son capaces de
reproducir tan bajas frecuencias.
Bajas frecuencias: 40
Hz-500 Hz
Woofer Sonidos graves, medidas de lo woofers
entre 8 y 18 pulgadas. Algunos pueden
llegar hasta 1.5Khz
Bajas frecuencias: 80
Hz – 3 KHz
Midwoofer Los midwoofer son un tipo de woofer
que además de generar buena respuesta
a frecuencias bajas, también responden
a frecuencias medias con linealidad,
fidelidad y baja distorsión.
Frecuencias medias:
500 Hz – 6 KHZ
Squawkers Los mid-range o squawker, son
altavoces especializados en frecuencias
| 91
medias, aproximadamente de 500 Hz a
6 kHz. Dado que este rango de
frecuencias del espectro de sonido
audible es la zona que contiene los
sonidos más familiares para el oído
humano, como la voz humana, es
fundamental que un altavoz de medios
tenga baja distorsión.
Altas frecuencias: > 1.5
KHz
Tweteers Son altavoces especializados en altas
frecuencias, por lo que están
optimizados para los sonidos agudos (4
a 20 kHz), considerados el límite
superior del oído humano. El nombre
deriva del canto agudo de algunos
pájaros (tweet, piar en inglés).
Tabla 15, Clasificación de altavoces por intervalos de frecuencia.
3.3.2 Clasificación de altavoces según el número de vías.
En la tabla N°16, se muestra la clasificación de altavoces de acuerdo al número de vías.
Altavoces según el
número de vías
#
Altavoces Altavoces
Altavoz una vía 1 Full-range, woofer, subwoofer, midwoofer, tweeter
o squawter (medio).
Altavoz de dos vías 2 Tweeter y woofer o midwoofer.
Altavoz de tres vías 3 Tweeter, squawter y woofer.
Altavoz de dos punto cinco
vías 3 Tweeter, squawter y woofer.
Altavoz de 4 vías 4 Tweeter, squawter, midwoofer y woofer o
subwoofer.
Altavoz de cinco o más vías 5 o mas Tweeter, squawter, midwoofer, woofer y
subwoofer.
Tabla 16, Altavoces según el número de vías.
| 92
Debido a que no es posible cubrir toda la extensión del espectro audible con un solo tipo de
altavoz, surgen como alternativa los altavoces de múltiples vías (ver figura 69), como se
mencionó anteriormente, las cajas acústicas pueden ser portadoras de distintos tipos de
altavoces, a continuación se muestran algunos ejemplos:
Los altavoces de dos punto cinco vías, se componen de tres altavoces instalados en la caja
acústica (woofer, tweeter y squawter), al igual que el altavoz de tres vías, donde se divide la
señal en tres bandas de frecuencia diferentes, la diferencia radica en que las distribuye de
manera distinta a los altavoces de tres vías conocidos, debido a que envía tanto las medias
como las bajas frecuencias a dos de los altavoces (woofer y squawter (medio)) hasta llegar
a un cierto umbral, a partir del cual sólo uno de ellos realiza el trabajo.
Figura 69, Caja acústica de múltiples vías.
Fuente: Autor.
3.4 Cajas acústicas.
Se conoce como cajas acústicas a las estructuras en las cuales se instalan los altavoces y
tienen como función proteger a estos últimos y brindar condiciones óptimas de radiación
sonora.
Las cajas acústicas son elementos necesarios debido a la protección que ofrecen a los
elementos eléctricos, sin embargo, una tarea elemental de estas estructuras es evitar la
anulación sonora que puede producirse a raíz de la compresión y descompresión del
| 93
transductor, fenómeno que se presenta en los altavoces cuando se encuentran en condiciones
de radiación directa, este estado puede ocasionar el efecto de cortocircuito acústico, donde
se cancelan las ondas generadas por la parte frontal y posterior del altavoz, para evitar eso se
planta el uso de una pared infinita, principio en el cual se basa el funcionamiento de las cajas
acústicas que se muestra a continuación, en la figura 70.
Figura 70, Altavoz en radiación directa.
Fuente: Autor.
3.4.1 Tipos de bafles.
3.4.1.1 Bafle infinito.
El concepto de bafle infinito, consiste en un altavoz que se inserta en un espacio muy grande,
prácticamente infinito, con lo que se consigue evitar que se mezclen las ondas producto de la
compresión y descompresión del parlante, y el efecto de radiación sonora posee una
eficiencia máxima, sin embargo, en la práctica es inviable la implementación de este sistema,
pues el espacio tras la pared debería tener un volumen de gran magnitud, por lo tanto esta
variante es válida para el estudio teórico y un buen ejemplo para comprender el
funcionamiento y la importancia de las cajas acústicas.
3.4.1.2 Bafle cerrado.
El bafle cerrado surge como alternativa práctica del caso anterior, pues el principio de
funcionamiento es el mismo, las paredes de la caja evitan el cortocircuito acústico, efecto
producto de la superposición de ondas, que puede generar ondas sonoras con niveles de
| 94
presión sonora de igual valor, pero signo diferente, produciendo la cancelación de las ondas
entre sí. El bafle cerrado es una alternativa que perite evitar este inconveniente, ya que la
onda que sale por la parte trasera del altavoz se puede amortiguar a partir del uso de
materiales acústicos absorbentes en el interior de las paredes del bafle. Se recomienda el uso
de este sistema en frecuencias altas (superiores a 4 KHz) y baja potencia, pues su
funcionamiento no es óptimo frente a bajas frecuencias.
En la figura 71, se muestran representaciones graficas del bafle infinito y el bafle cerrado.
Figura 71, (a) Bafle infinito. (b) Bafle cerrado.
Fuente: (Nave, N/A) - Autor.
3.4.1.3 Bafle abierto o Bass réflex.
El Bass réflex es una estructura similar al bafle cerrado, se encuentra recubierta de material
absorbente en su interior, pero a diferencia del anterior, cuenta con un orificio en forma de
tubo, por el cual se filtra el aire, además, de servir como salida a la onda que se produce en
la cara posterior del altavoz que se encuentra contra la caja, con esto se logra que al salir esta
onda, se encuentren en fase con la onda generada en la cara frontal del parlante, esto debe
lograse según el diseño del bafle, como consecuencia de esto se refuerza el sonido,
particularmente en las frecuencias bajas, de ahí su nombre, sin embargo, en necesario que se
cumplan ciertas condiciones para lograr el efecto deseado, la separación del tubo y la bocina
debe ser suficiente para evitar que las ondas se encuentren en fases contrarias y se anulen,
asimismo, la distancia que recorre la onda interna debe ser equivalente a media longitud de
| 95
onda del sonido y por último, para evitar la propagación de altas frecuencias debe usarse
material absorbente adecuado para estos tonos, se recomienda el uso de lana de vidrio, aun
cuando todas estas indicaciones se cumplan, si la frecuencia del sonido es muy baja y la
longitud de onda excede la capacidad de la caja acústica, el cortocircuito acústico es
inevitable. (pcpaudio, S.F), la figura 72 muestra este tipo de estructura.
Figura 72, Bass réflex.
Fuente: Autor.
3.4.1.4 Caja acústica de radiador pasivo.
Este tipo de variante de caja acústica tiene una forma similar al Bass Réflex, la diferencia
entre ambos es que el radiador pasivo en lugar del espacio de apertura posee un altavoz sin
bobina o motor llamado parlante fantasma o pasivo (ver figura 73), término del cual proviene
el nombre de este modelo. La caja acústica de radiador pasivo posee ciertas ventajas en
comparación al Bass Réflex, pues simplifica el proceso de construcción al eliminar las
frecuencias de resonancias propias del tubo, además, el radiador pasivo brinda mejorías en
la sensibilidad y ayuda a disminuir las pérdidas generadas por la caja.
| 96
Figura 73, Radiador pasivo o fantasma.
Fuente: (Boston Acoustics, S.F)
3.4.2 Parámetros.
- Especificaciones de potencia.
La potencia es un parámetro complejo en el caso de los altavoces, pues aparecen
diferentes variantes empleadas por los fabricantes de este tipo de dispositivos como
la potencia pico máxima que se suman a los tipos de potencia tradicionales como la
potencia RMS, a continuación se explica en que consiste cada una de estas y en que
se diferencian:
- Potencia RMS.
La potencia RMS, también conocida como potencia efectiva o nominal, corresponde
al valor máximo de potencia continua en el que puede funcionar el equipo sin sufrir
alteraciones en la calidad del sonido, si bien los altavoces suelen entregar valores
mayores al que indica este parámetro, el uso continuo por encima del valor
recomendado puede causar daños en el funcionamiento y estructura del equipo, esta
característica es el indicador que mejor describe la potencia a la que debe usarse un
altavoz y se puede comprobar de forma matemática, a través de la siguiente expresión:
𝑃𝑅𝑀𝑆 =𝑉𝑅𝑀𝑆
2
𝑍 (Ecuación 14)
| 97
Su cálculo consiste en la relación entre el voltaje RMS elevado al cuadrado y la
impedancia del equipo.
Ejemplo: Calcule la potencia que se entrega a un altavoz si el voltaje RMS medido
tiene un valor de 12 V y la impedancia del equipo de es 8 Ohm.
𝑃𝑅𝑀𝑆 =(12 𝑣)2
8 Ω= 18 𝑊.
- PMPO (Peak Music Power Output).
La PMPO concierne a la potencia máxima que puede entregar un altavoz a su salida,
sin embargo, los altavoces solo pueden soportar este valor por intervalos cortos de
tiempo, pues su exposición a esta potencia durante largos periodos puede dañar el
equipo, por lo tanto, se considera que este indicador no es de utilidad para determinar
el funcionamiento de un altavoz (Guanarteme, 2016). Las potencias pico en algunos
casos pueden duplicar el valor de la potencia RMS, por lo tanto los comerciantes
suelen usar esta característica para persuadir al usuario en la compra de estos
elementos, en Colombia la superintendencia de industria y comercio, por medio de la
resolución 2357 de 2004 determina que los fabricantes y distribuidores de altavoces
deben anunciar la potencia real (RMS) del producto, pues la denominada PMPO
puede inducir al error, en la figura 74 se puede observar un equipo con
especificaciones de PMPO.
- Potencia de programa.
La potencia de programa es un indicador que al día de hoy se considera obsoleto y
consistía en el uso de señales sinusoidales en pruebas de potencia y al igual que en el
caso de la potencia pico, los valores de potencia usados en estos experimentos
llegaban a duplicar los indicados por la potencia RMS.
| 98
Figura 74, Anuncio de equipo con PMPO de 2350 W y Potencia RMS 230 W.
Fuente: (Samsung, S.F)
- Impedancia nominal.
Se puede describir a la impedancia como la oposición al paso de una señal que se
aplica a una etapa de potencia, la impedancia es un parámetro dependiente de la
frecuencia, si bien los fabricantes ofrecen un valor de impedancia nominal esta varia
acorde a la frecuencia, alcanzando un valor máximo a la frecuencia de resonancia,
según la ley de Ohm.
Figura 75, Impedancia de una caja acústica.
La figura 75 corresponde a la impedancia de una caja acústica DAS SUB 15 (Bass
réflex – Subwoofer) en donde se puede observar el comportamiento de la impedancia
| 99
a lo largo de espectro audible, donde a pesar de que el fabricante ofrece una
impedancia nominal de 8 Ω, esta varia alcanzando valores de hasta 100 Ω.
- Respuesta en frecuencia.
La respuesta en frecuencia de los altavoces es el parámetro que describe la
sensibilidad de un dispositivo a lo largo de la extensión del espectro audible, en una
caja acústica esta depende, como su nombre lo indica de la frecuencia y de los
diferentes tipos de altavoces que pueda contener esta, pues como se mencionó
anteriormente en este documento, existen diferentes tipos de altavoces especiales para
determinados intervalos de frecuencia y por lo tanto se requiere del uso de diversos
altavoces en una caja acústica, para de esta manera poder cubrir de mejor manera las
frecuencias pertenecientes al espectro audible. En la figura 76 que se muestra a
continuación se puede observar la respuesta en frecuencia de una caja acústica de
múltiples vías (ver figura 69).
Figura 76, Respuesta en frecuencia de una caja acústica de varias vías.
Modificado de: (Miyara, Acústica y sistemas de sonido., 1999)
- Direccionalidad.
Esta característica es de vital importancia en el diseño y construcción del equipo, pues
de esto depende evitar la cancelación de ondas producto de la interferencia destructiva
que se puede generar a partir de la radiación del altavoz, la direccionalidad se grafica
| 100
en diagramas polares y se muestra en sentido vertical y horizontal como se puede
observar en la figura 77.
Figura 77, Direccionalidad de caja acústica a 250 Hz
Fuente: (DAS, S.F).
3.5 Procesamiento de señal.
Las señales que son captadas y transformadas en energía eléctrica por parte de los
dispositivos transductores generalmente son señales débiles y requieren de procesamiento
para lograr que el sonido obtenido por un sistema de audio sea óptimo, para ello se usan
etapas de amplificación, filtrado y mezcla, a continuación se describen los dispositivos que
hacen posible esta tarea.
3.6 Amplificadores de audio.
Los amplificadores son circuitos electrónicos que tienen como función aumentar el nivel de
las señales eléctricas que generan dispositivos de bajo nivel como los micrófonos, estos
elementos dependen de diferentes parámetros que determinan su función y se detallan a
continuación.
3.6.1 Características de los amplificadores de audio.
- Ganancia.
La ganancia es una de las características principales de un amplificador, corresponde
a una magnitud que describe el número de veces que se ve aumentada la señal a salida
| 101
con respecto a la señal a la entrada del amplificador, se representa a través de la
siguiente expresión:
𝑨 =𝑽𝒐𝒖𝒕
𝑽𝒊𝒏 𝒐 𝒆𝒏 𝒕𝒆𝒓𝒎𝒊𝒏𝒐𝒔 𝒅𝒆 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂
𝑷𝒐𝒖𝒕
𝑷𝒊𝒏 (Ecuación 15)
La ganancia de un amplificador puede expresarse en unidades de dB aplicando las
propiedades logarítmicas.
Ejemplo: Encuentre la ganancia de un amplificador alimentado en su entrada con un
voltaje de 12 V y entrega en su salida 18 V.
- Exprese la ganancia en unidades de dB.
Solución: 𝐴 =18 𝑉
12 𝑉= 1.5
𝐴𝑑𝐵 = 20 log(1.5) = 3.52 𝑑𝐵
La figura 78, muestra una representación gráfica de este parámetro.
Figura 78, Representación gráfica de ganancia.
Fuente: Autor.
| 102
- Distorsión.
La distorsión es la alteración de las propiedades de una señal eléctrica, que se genera
al pasar esta por un dispositivo electrónico, en el campo del audio, es común encontrar
distorsión en etapas de amplificación y en altavoces como distorsión armónica, como
se muestra en la figura 79.
Figura 79, (a) Señal sin distorsión. (b) Señal distorsionada.
Fuente: Autor.
La distorsión armónica es la deformación de una señal eléctrica y generación de
armónicos de la frecuencia fundamental de dicha señal (timbre). Para calcular el nivel
de este parámetro se calcula la distorsión armónica total o THD, el cual consiste en
la relación entre el valor eficaz o RMS del componente armónico y el valor RMS de
la componente fundamental (C.V.C, 2015), esta característica se enuncia en forma de
porcentaje, para obtener un sonido o señal de audio de calidad, se recomiendan
valores de THD inferiores al 0.1%, cabe aclarar que el nivel de distorsión es
proporcional a la potencia aplicada al dispositivo y se puede apreciar con mayor
facilidad ante tonos graves.
𝑇𝐻𝐷 =𝑉𝑅𝑀𝑆 𝐴𝑟𝑚𝑜𝑛𝑖𝑐𝑜𝑠
𝑉𝑅𝑀𝑆 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 (Ecuación 16)
| 103
De acuerdo con (Miyara, 1999), los niveles de señal de audio utilizados profesionalmente se
muestran a continuación en la tabla N°17.
Nivel Ejemplos Rango de tensión Nivel en dBu
Bajo Micrófonos Fonocaptores Cabezales de reproducción
magnética
Vs < 7,75 mV N < - 40 dBu
Línea
Preamplificadores
Reproductor de CD
Sintetizadores Entrada o salida de consola
245 mV < Vs <
24,5 V -10 dBu < N < 30 dBu
Potencia Amplificadores de audio de
potencia 24,5 V < Vs 30 dBu < N
Tabla 17, Niveles de audio en sonido profesional.
- Respuesta en frecuencia de los amplificadores.
En el caso de los amplificadores, la respuesta en frecuencia indica el comportamiento
de la ganancia de dispositivo con respecto a la frecuencia, a continuación se muestra
en la figura 80 la respuesta en frecuencia de un amplificador a lo largo del espectro
audible.
Figura 80. Respuesta en frecuencia de un amplificador.
Recuperado de: (Miyara, 1999)
| 104
3.6.2 Clasificación de los amplificadores de audio.
Los amplificadores de audio, como se mencionó anteriormente son dispositivos electrónicos
encargados de aumentar el nivel de una señal eléctrica, pueden construirse a partir de diversos
elementos como válvulas, semiconductores (transistores) e integrados, los amplificadores a
pueden usarse en diferentes configuraciones o clases que se muestran a continuación:
- Amplificador Clase A.
el amplificador clase A es la distribución más simple debido a que requiere de un solo
elemento activo para su funcionamiento, el cual trabaja durante ciclos de 360°, debido
a esto la distorsión es mínima en este tipo de configuración, sin embargo, tiene como
inconveniente su baja eficiencia (menor al 25%), debido a que gran parte de la
potencia se disipa en forma de calor, aunque este aspecto puede mejorarse mediante
el uso de acople por transformador, con el cual es posible valores cercanos al 40 %,
pero esto genera costos adicionales además de aumentar el tamaño del circuito.
- Amplificador Clase B.
El amplificador Clase B surge como alternativa al amplificador clase A, pues ofrece
una potencia más alta a la salida y mejora notablemente la eficiencia (se alcanza el
75%), sin embargo requiere del uso de transistores complementarios (un transistor
tipo NPN y un transistor PNP), donde cada uno funciona en ciclos de 180°, esta
configuración se denomina push-pull, sin embargo, debido al uso de esta técnica se
genera distorsión, en este caso “crossover” o de “cruce por cero” que se presenta al
momento de apagado y encendido entre los transistores, lo que concluye en un sonido
de baja calidad.
- Amplificador Clase A-B.
El amplificador clase A-B, es un tipo de polarización que tiene como propósito
brindar una solución al problema de la distorsión crossover, para esto se debe añadir
polarización a la base de los transistores, usualmente mediante el uso de diodos, si
| 105
bien con esta técnica se logra corregir la distorsión, se sacrifica un poco de eficiencia,
alcanzando valores superiores al 50% pero menores al 75%.
Se puede clasificar a los amplificadores en dos grupos, los amplificadores que manejan
señales de bajo nivel, también conocidos como preamplificadores, este tipo de circuitos
tienen como propósito el adaptar y mejorar la calidad de una señal para que esta pueda ser
aplicada a diferentes etapas de procesamiento o amplificación. En el segundo grupo de
amplificadores, se encuentran aquellos que pueden entregar señales de alto nivel, a los cuales
llamaremos amplificadores de potencia.
Figura 81. Preamplificador y amplificador de potencia.
Fuente: Autor.
Se describe al preamplificador, como un circuito electrónico capaz de tomar una señal
eléctrica de bajo nivel de salida usualmente en unidades de mili voltios, por ejemplo, una
señal generada por un micrófono, y elevarla hasta un nivel óptimo para su procesamiento en
el amplificador de potencia, se considera al preamplificador como el primer elemento en el
proceso de adaptación y grabación de sonido.
LA figura 82 muestra un ejemplo comercial de un amplificador de potencia marca Radson.
Estos dispositivos en algunos casos pueden agregar efectos como distorsión a la señal, a
continuación, en la tabla N°18 se muestran las tres principales familias de preamplificadores
que se encuentran en el mercado:
| 106
Tipos de Preamplificadores
Tipo Descripción Comerciales
Valvulares Generalmente se encuentran en dispositivos cuyo
principio de funcionamiento son las válvulas de
vacío, se distinguen por los brillos que llegar a
aportar a la señal, si bien esta tecnología es un poco
antigua, en la actualidad algunos músicos prefieren
este tipo de equipos gracias al sonido característico
que da a la guitarra eléctrica al agregar un mayor
contenido armónico (timbre) que los
preamplificadores de transistores, los cuales se
encuentran en desuso.
Telefunken V72
Altec 1066
De estado
solido
También conocidos a transistores. Su principal
característica es la limpieza que brinda al sonido con
respecto a los dispositivos valvulares.
API312
Neve1073
Jensen 990
Con
amplificadores
operacionales
Esta gran familia tiene características similares a los
pre-amplificadores de estado sólido discretos, su
ventaja respecto a los otros equipos es que brinda un
gran rendimiento a un costo bajo, con un alto nivel
de integración
Solid State
Logic
Ameketc
Tabla 18, Clasificación de preamplificadores. (Jorge, 2013)
Por su parte, los amplificadores de potencia son circuitos cuyo propósito es tomar una señal
y aumentar su nivel sin afectar sus características, esto con el fin de brindar el nivel requerido
para alimentar de forma eficiente los terminales de salida, en este caso los altavoces.
Figura 82, Amplificador de potencia Radson para sonorización.
| 107
A la hora de seleccionar un amplificador de potencia es importante tener en cuenta aspectos
como la potencia que es capaz de entregar, la impedancia del dispositivo y las cargas a
conectar y la cantidad de salidas que este posee.
- Plantas para carros.
También conocidos como “Car Audio”, son amplificadores modernos creados
específicamente para mejorar el sistema de sonido de los automóviles, son dispositivos
compactos. En la actualidad son muy comunes debido al auge de concursos para aficionados
del sonido en autos, en cuanto a sus especificaciones, existen diferentes tipos de equipos de
esta clase y su uso depende de las necesidades y los complementos a usar, tales como
altavoces (subwoofers, tweteers), interfaces de multimedia y las conexiones de estos, es muy
común encontrarse con amplificadores de clase A-B en las plantas para carros , sin embargo
en este campo es notable el desarrollo de amplificadores clase D, que alcanzan eficiencias de
hasta el 90% y trabajan específicamente con bajas frecuencias, es decir, son especiales para
woofers y subwoofers, en la figura 83 se muestra en ejemplo comercial con sus respectivas
especificaciones.
Figura 83, Planta SONY XM-GS100.
Fuente: (SONY, S.F)
Especificaciones de la planta para carros XM-GS100.
Potencia de salida alta: 330 W RMS.
Configuración de potencia de canales: 600 W (a 4 Ohm) 1100 W (a 2 Ohm)
Control térmico: Sí
| 108
Respuesta en frecuencia: 10 – 300 Hz.
Filtrado: Pasa-bajo.
Peso: 2.5 Kg.
3.7 Filtros y Ecualizadores.
Los ecualizadores son dispositivos electrónicos selectores de frecuencia, su funcionamiento
consiste en resaltar o disminuir el aporte de una o múltiples frecuencias, de esta manera es
posible aumentar o atenuar la ganancia para dichas secciones del espectro. Esto es posible
gracias a diferentes técnicas de filtrado, por lo tanto a continuación se describe el
funcionamiento de las principales topologías de filtros como son los filtros pasa-bajos, pasa-
altos y las llamadas redes divisoras de frecuencia o crossover.
3.7.1 Tipos de filtros.
3.7.1.1 Filtro pasa-bajos.
Los filtros pasa-bajos son circuitos electrónicos que a partir de una frecuencia de corte o
referencia, permiten el paso de frecuencias inferiores y rechazan las frecuencias que se
encuentran por encima de este valor, sin embargo, más que rechazar las frecuencias
mencionadas anteriormente, las atenúa hasta que estas sean insignificantes, como se puede
observar en la figura 84.
Figura 84, Filtro pasa-bajos.
Fuente: Autor.
| 109
FH corresponde a la frecuencia referencia o corte a partir de la cual se rechazan las
frecuencias superiores.
3.7.1.2 Filtro pasa-altos.
Por su parte, los filtros pasa altos al igual que los filtros pasa-bajos, toman una frecuencia de
corte, pero contrario a estos permiten el paso de las frecuencias superiores y eliminan las
frecuencias con un valor menor al de corte, generalmente estos dispositivos se usan para
eliminar el ruido producto de bajas frecuencias (ver capítulo 1, “ruido de bajas frecuencias”).
Figura 85, Filtro pasa altos.
Fuente: Autor.
La figura 85 corresponde a un filtro pasa bajo, donde FL es la frecuencia de corte a partir de
la cual se permite el paso de frecuencias de valores superiores.
3.7.2 Redes divisoras de frecuencia o crossover.
Las redes divisoras de frecuencia son dispositivos tipo filtro, que tienen como propósito
llevar la señal seleccionada a diferentes tipos de altavoces que se encuentran en una caja
acústica o en el caso de algunas consolas con el fin de brindar la eficiencia máxima de la
estructura. Por su ubicación son filtros que deben soportar altas potencias, a diferencia de los
anteriores que se colocan en las etapas preamplificadores.
| 110
En potencias inferiores a los 100 W, es usual que la etapa de amplificación preceda al filtrado,
se consideran redes de única señal y en este caso, son los filtros quienes llevan la señal a los
altavoces correspondientes, como se muestra en la figura 86.
Figura 86, Red divisora de frecuencia de única señal.
Fuente: Autor.
Mientras que en alta potencia se dificulta la implementación de esta topología ya que al
encontrarse constituidas por capacitores y bobinas, estas últimas deben ser de un tamaño
considerable, debido a esto, se usa como alternativa la división de frecuencias antes de la
etapa de amplificación, la cual se realiza de forma independiente para cada altavoz, esta
técnica también se suele llamar como multi-amplificación.
La figura 87, que se muestra a continuación corresponde a un ejemplo de red divisora de
frecuencia de amplificación independiente.
| 111
Figura 87, Red divisora de frecuencias de amplificación independiente.
Fuente: Autor.
3.7.3 Tipos de ecualizadores.
Antes de entrar de lleno en el estudio de los ecualizadores, es importante traer a colación el
concepto de “Loudness”, muy relacionado a la sonoridad y las curvas que reciben el mismo
nombre (Ver capítulo 1: “Sonoridad”), donde se describe el comportamiento del oído humano
frente al sonido, especialmente hablando de parámetros como frecuencia e intensidad, pues
está demostrado que el oído es más sensible a frecuencias medias y requiere un poco más de
intensidad a medida que las frecuencias se acercan a los extremos del espectro audible, es
decir, tonos bajos y tonos altos, sin embargo, en este caso se busca comprender como los
dispositivos más novedosos aprovechan esta singularidad del sistema auditivo para lograr
brindar una sensación de intensidad uniforme a la hora de percibir un sonido, además, se
busca que al reproducir una canción en cualquier tipo de dispositivo reproductor de audio,
sea posible percibir todas las frecuencias que componen la melodía, esto es posible
eliminando los picos a partir de procesos de filtrado o la implementación de los equipos que
se muestran a continuación, los ecualizadores.
| 112
3.7.3.1 Ecualizadores gráficos.
Como se mencionó anteriormente existen bandas de frecuencia estandarizadas por
organizaciones internacionales como la ISO, las cuales sirven como referencia para este tipo
de ecualizadores y generalmente siguen una progresión en bandas de octava, a continuación
se muestra un ejemplo de su funcionamiento.
Para empezar se muestra la respuesta en frecuencia de un ecualizador grafico en posición
estándar (figura 88) y el dispositivo en cuestión (figura 89).
Figura 88, Respuesta en frecuencia de ecualizador grafico en posición neutral.
Figura 89, Ecualizador grafico de bandas en posición neutral.
Al momento de escuchar un sonido proveniente de un sistema de audio se debe seleccionar
el tono que se quiere resaltar o atenuar, para luego establecer la banda en frecuencia más
cercana y realizar la acentuación en el dispositivo como se muestra en la figura 90. EL
ecualizador grafico debe su nombre a este proceso, pues al observar el panel de posición de
cada botón (en la actualidad se representan en display) dan la sensación grafica de respuesta
del equipo al sonido que reproduce.
| 113
Figura 90, Ecualizador gráfico de bandas con acentuación máxima a 1KHz.
Una vez se realiza la configuración en el dispositivo se debe observar la respuesta en
frecuencia resultante como se muestra en la figura 91.
Figura 91, Respuesta en frecuencia de ecualizador gráfico con acentuación máxima a 1
KHz.
El ejemplo anterior corresponde al proceso en el cual se resaltan las características de un
sonido a una frecuencia de 1 KHz, ahora se realizará el ejercicio contrario (ver figuras 92 y
93), se busca atenuar las condiciones del sonido en la misma frecuencia.
Figura 92, Ecualizador gráfico de bandas con atenuación máxima a 1KHz.
| 114
Al igual que en el caso anterior, es pertinente revisar la respuesta en frecuencia resultante del
ejercicio.
Figura 93, Respuesta en frecuencia de ecualizador gráfico con atenuación máxima a 1 KHz.
3.7.3.2 Ecualizadores paramétricos.
Los ecualizadores paramétricos permiten variar sus características o parámetros, de ahí su
nombre, pues a través de cambios o ajustes en parámetros como el ancho de banda y/o la
ganancia, se puede sintonizar una frecuencia especifica que puede ser acentuada, disminuida
o eliminada según convenga, lo que da como resultado una gran versatilidad comparado a
los ecualizadores gráficos, la figura 94 muestra un ejemplo de ecualizador paramétrico.
Figura 94, Ecualizador paramétrico.
(David, 2018)
| 115
3.7.3.3 Ecualizadores predeterminados.
Los dispositivos de reproducción de audio que se encuentran actualmente en el mercado en
algunos casos cuentan con funciones incorporadas de ecualización que de acuerdo a las
características de los diferentes géneros musicales, resaltan o atenúan frecuencias
predeterminadas por el fabricante, por ejemplo, televisores con tecnología Smart-TV cuentan
con una función llamada modo futbol, en la cual se da prioridad al sonido que perciben los
micrófonos de ambiente generalmente ubicados cerca a las graderías, resaltando también las
frecuencias relacionadas con el habla que se encuentran presentes en la narración deportiva,
algunas opciones de ecualización comunes en equipos de audio son las siguientes: Rock,
Jazz, Estándar, Classic, Hip Hop, Salsa.
En la figura 95, se puede observar un ejemplo de configuración para un ecualizador
predeterminado, correspondiente al genero Rock.
Figura 95, Ecualizador predeterminado: Rock.
Fuente: Screenshot autor.
3.8 Mezcladores.
Las consolas o mesas de mezcla, son dispositivos electrónicos que tienen como función
principal facilitar la manipulación de una o más señales de audio mediante el uso de un solo
| 116
dispositivo, se puede decir que son dispositivos modulares, pues cuentan con diferentes
secciones como entradas, espacios de monitores y salidas, que pueden clasificarse a su vez
en subgrupos.
Con una consola de mezcla es posible tomar señales provenientes de diferentes fuentes,
suponga una banda donde cada instrumento genera su propia señal, luego estas se ingresan
al dispositivo y se unifican para ser enviadas a una salida única, en este caso un altavoz, o
bien el proceso contrario, tomar una única señal de entrada que se diversifica en diferentes
canales y se reproduce en varias salidas (altavoces), en conclusión un mezclador es un
dispositivo intermedio en el procesamiento de señales de audio.
De acuerdo a (Rabinovich, S.F) los elementos principales de un mezclador son las entradas
y salidas, si bien existen diferentes tipos de consolas los principales son las consolas para
sonido en vivo y las consolas de grabación, en el caso de las primeras una configuración
típica es 8x2, se refiere a que cuenta con 8 entradas y una salida estéreo, la idea de esta
distribución es que las señales de entrada converjan en una sola salida con un canal izquierdo
(L) y un canal derecho (R), por su parte las consolas de grabación se usan en aplicaciones
que requieren de mayor calidad y suelen ser más robustas, por ejemplo 12x4x2,
correspondiente a 12 entradas, 4 salidas que pertenecen a subgrupos y una salida estéreo.
Figura 96, Mezclador en vivo marca Alto.
| 117
Figura 97, Mezclador de grabación
Fuente: (Allen & Healt., S.F)
3.9 Sistemas de audio.
En la actualidad es posible distinguir cuatro configuraciones de sistemas de audio: Mono,
estereofónico o estéreo, multicanal y envolvente o Surround, esta clasificación depende del
número de canales que usa cada distribución.
En la figura 98, se pueden apreciar las distribuciones comerciales de mayor popularidad,
como la clásica 2.0, usada en equipos de sonido como tocadiscos, minicomponentes y
microcomponentes o las configuraciones 5.1 en adelante muy comunes en la actualidad
debido a su uso en equipos como teatros en casa.
Los cuadros que se encuentran rodeados por el círculo rojo representan altavoces de tipo subwoofer,
que usualmente poseen radiación omnidireccional, y suelen ubicarse de manera frontal y centrados,
mientras que los cuadros de color gris, corresponden a diferentes tipos de altavoces como full-range
y tweeters que poseen una mayor direccionalidad (deben ubicarse de forma que apunten hacia el
oyente) y hacen parte de los equipos de audio domésticos.
| 118
Figura 98, Sistemas de audio.
Fuente: Autor
3.9.1 Topologías de sistemas de audio.
De acuerdo al número de canales los sistemas de audio se clasifican de la siguiente manera:
- Mono: Sistema de audio en el cual el proceso de grabación y reproducción se
lleva a cabo mediante el uso de un canal único, no produce sensación espacial.
- Estéreo: El sistema estéreo corresponde a aquel en el que se usan dos canales
distintos, uno izquierdo (L) y otro derecho ®, para procesos de grabación y
reproducción de sonido, en este caso los altavoces se ubican frente al oyente
produciendo una sensación espacial.
- Multicanal: El sistema multicanal requiere del uso de más de tres canales, donde
al sistema estéreo se agrega un canal dedicado a los tonos graves, cuenta con la
posibilidad de agregar otros canales especializados generando una sensación
espacial mayor al sistema estéreo.
- Surround: Distribución proveniente de sistemas de videojuegos y actualmente
usada en sistemas de teatro en casa, cuenta con al menos cuatro canales, su
ubicación corresponde a dos canales delanteros y dos traseros en el caso
| 119
convencional y la sensación espacial generada es envolvente, en configuraciones
de más de cuatro canales su usan ubicaciones laterales.
La tabla 19 que se muestra a continuación resume las principales configuraciones de
sistemas de audio.
Configuración Sistema # de
Altavoces
Descripción
Sistema 1.0 Mono 1 Consta de 1 altavoz.
Sistema 2.0 Estereo 2 Consta de 2 altavoces frontales derecho
e izquierdo.
Sistema 2.1 Multicanal 3 Consta 2 altavoces frontales derecho e
izquierdo, y 1 subwoofer
Sistema 3.1 Multicanal 4 Consta de 4 altavoces, ya que se añade
un subwoofer con respecto a 3.0.
Sistema 4.0 Surround 4
Consta de 4 canales, puede adoptar dos
posibles configuraciones, cuadrafónico
(2 altavoces frontales derecho e
izquierdo, igual para los altavoces
traseros) o 3-estéreo + mono surround
(altavoz frontal derecho, altavoz frontal
izquierdo, canal central y un canal
surround mono). (Desconocido, 2013)
Sistema 4.1 Surround 5 Consta de 5 altavoces, dado que se
añade un subwoofer con respecto a 4.0.
Sistema 5.1 Surround 6 Consta de 5 altavoces, y un subwoofer.
Un equivalente a 6 altavoces.
Sistema 6.1 Surround 7 Se añade un altavoz central en la parte
posterior con respecto a 5.1.
Sistema 7.1 Surround 8
Coloca dos altavoces más en la parte
lateral con respecto a 5.1. Crea una
sensación de ambiente, en caso de los
videojuegos, brinda la impresión de
estar inmerso en el mismo.
Tabla 19, Configuraciones de sistemas de sonido.
| 120
4. Conclusiones.
Para el desarrollo del presente documento, se llevó a cabo un trabajo de investigación
bibliográfica importante, en el cual se incluye literatura de diferentes disciplinas de la ciencia
como física, ingeniería y acústica, donde los autores tratan a profundidad los temas expuestos
en el documento, sin embargo, cada uno aborda su especialidad por separado, pues son pocos
los ejemplares en los cuales se encuentra en su totalidad el contenido mencionado
anteriormente, este es el valor agregado que ofrece el trabajo, la construcción del texto en
forma de capítulos a partir de los conceptos y aspectos relevantes propuestos por los
escritores consultados en la recopilación bibliográfica y las notas del profesor, todo esto
sumado a la experiencia aportada por el autor en su faceta de estudiante, por otra parte, se
ofrecen ejemplos que permiten comprender procesos de análisis y diseño, junto a los módulos
de autoevaluación con interrogantes relacionados a los temas presentes en cada capítulo del
escrito, dando como resultado una herramienta literaria que sirve como guía académica y
ayuda a la apropiación de conceptos de la asignatura, en cuanto al autor se ve favorecido en
el mejoramiento de sus capacidades de investigación y estructuración de material didáctico
con fines docentes, por último, si bien el proyecto se encuentra enfocado en el uso por parte
de los estudiantes de ingeniería que cursen la asignatura de “audio y TV”, puede ser de
utilidad para personas interesadas en ampliar o fortalecer su conocimiento en los temas afines
al proyecto.
| 121
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