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AGRADECIMIENTOS
Millones de gracias a todas esas personas que me quieren, y me han ayudado a llegar hasta aquí. Sé que sin ellos esto no hubiera sido posible.
En especial, a mi madre y hermano por confiar en mí, y ayudarme a conseguir mis sueños. Sois los mejores. Os quiero.
Gracias a Sandra, por compartir su vida conmigo.
Gracias a TODOS los amigos “gamonaleros” y burgaleses por estar siempre ahí. Se os quiere. Gracias a mi tutor, Juanjo, por acompañarme y guiarme en la elaboración de este proyecto.
Gracias a Javier Benito, director técnico del Auditorio, por creer en este proyecto desde el principio; y a Jesús, compañero de profesión y amigo. Su ayuda vale siempre oro.
Gracias a los maestros de laboratorio de la Escuela, Antonio, Luis y Jesús, por su gran colaboración durante estas últimas semanas. Sois unos cracks.
Y mil gracias a los amigos que he encontrado aquí en la universidad, que son muchos. Gracias por todos los ratos inolvidables que hemos disfrutado juntos estos últimos años…..y por los que nos quedan ¡¡¡¡¡¡
El viaje sigue……… que no se baje nadie.
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Índice de Contenidos
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................. 3
Índice de Figuras………………………………………………………………............................9
Índice de Ecuaciones. .................................................................................................................. 13
RESUMEN .................................................................................................................................. 15
ABSTRACT ................................................................................................................................ 17
1.INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 19
1.1 Descripción del proyecto ............................................................................................. 20
1.2 Descripción de los parámetros acústicos estudiados. .................................................. 20
1.2.1. Tiempo de reverberación. (RT) ............................................................................ 21
1.2.2 Early Decay Time (EDT). ....................................................................................... 22
1.2.3 Claridad C50 y C80. ................................................................................................... 23
1.2.4 Definición (D50). ...................................................................................................... 24
1.2.5 LF. Eficiencia Lateral .............................................................................................. 24
1.2.6 INR (Impulse to Noise Ratio) .................................................................................. 25
1.2.7 ETC (Energy Time Curve) ....................................................................................... 25
1.3 Proceso Estadístico. Exclusión de Datos. .................................................................... 26
1.3.1 El criterio de Chauvenet. ......................................................................................... 26
2.CARACTERÍSTICAS DEL RECINTO ................................................................................... 29
2.1 Paredes del recinto ..................................................................................................... 31
2.2 Caja escénica. ............................................................................................................. 32
2.3 Butacas ....................................................................................................................... 32
2.4 Elementos variables .................................................................................................... 33
2.5 Configuraciones del recinto sobre las que se realiza el estudio acústico. .................. 33
3. EQUIPAMIENTO. CARACTERÍSTICAS. ........................................................................... 35
4. MEDIDAS “IN SITU” ............................................................................................................ 41
4.1 Cumplimiento de la norma ISO-3382 Parte 1. ........................................................... 42
4.2 Fecha de realización de las medidas. ......................................................................... 42
4.3 Posiciones de fuente y micrófonos para las medidas. ................................................ 42
4.4 Estado de ocupación del recinto. ................................................................................ 43
4.5 Método de medición empleado .................................................................................. 43
4.6 Equipamiento utilizado .............................................................................................. 43
4.7 Montaje para las medidas. .......................................................................................... 44
4.8 Señal de excitación empleada. ................................................................................... 45
6
4.9 Temperatura y Humedad Relativa. ............................................................................. 45
4.10 Procedimiento de medida. ........................................................................................ 45
4.11 Medición “in situ” del Ruido de Fondo. .................................................................. 46
4.12 Resultados obtenidos. ............................................................................................... 49
4.13 Comparación entre las dos señales de excitación utilizadas. Parámetro INR. ......... 50
5. MODELO GEOMÉTRICO ..................................................................................................... 55
5.1. Creación de los recintos acústicos en EASE. ............................................................. 56
5.2 Asignación de Materiales ............................................................................................ 58
5.3 Validación del Modelo Geométrico. .......................................................................... 62
6. SIMULACIÓN ........................................................................................................................ 65
6.1 EDT. Caja Escénica Vacía ......................................................................................... 70
6.2 EDT. Cámara Grande. ................................................................................................ 71
6.3 Definición D50. Caja Escénica Vacía. ........................................................................ 72
6.4 Definición D50. Cámara Grande. ................................................................................ 72
6.5 Claridad C50. Caja Escénica Vacía. ............................................................................ 74
6.6 Claridad C50. Cámara Grande. .................................................................................... 74
6.7 Claridad C80. Caja Escénica Vacía. ............................................................................ 76
6.8 Claridad C80. Cámara Grande. .................................................................................... 76
6.9. STI y ALCONS (%). Caja Escénica Vacía. ............................................................. 78
6.10 STI y ALCONS (%). Cámara Grande. ..................................................................... 78
6.11 LF. Caja Escénica Vacía. ......................................................................................... 79
6.12 LF. Cámara Grande. ................................................................................................. 80
6.13 Comparación Respuestas al Impulso y ETC simulado vs medido. .......................... 81
6.14 Modificaciones en el modelo geométrico para su optimización. ............................. 84
7. RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS MEDICIONES “IN SITU” .................................... 87
7.1.1 Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA .............................................................. 88
7.1.2 Configuración CON CAMARA GRANDE ............................................................ 89
8. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 91
8.1. Medidas “in situ” ........................................................................................................ 92
8.2. Proceso estadístico. Exclusión de datos. .................................................................... 92
8.3. Tratamiento de hojas de cálculo EXCEL ................................................................... 93
8.4. Ruido de fondo. .......................................................................................................... 93
8.5. Modelo Geométrico. Simulación. .............................................................................. 93
8.6. Resultados obtenidos de las mediciones “in situ” ...................................................... 95
8.7. Perspectiva de investigación futura. ........................................................................... 96
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 99
7
ANEXOS ................................................................................................................................... 101
ANEXO 1. Probabilidad. Distribución de Gauss. (1) .................................................... 102
ANEXO 2. Imágenes del modelo geométrico en EASE. Caja Escénica Vacía. ............. 103
ANEXO 3. Imágenes del modelo geométrico en EASE. Con Cámara Grande. ............. 104
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS DE LOS ANEXOS. .................................................... 105
8
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Índice de Figuras
Figura 1 EDT(s) y RT(s) ............................................................................................................. 23
Figura 2 Curva ETC. Nivel de presión sonora(dB) en función del tiempo(s). Fuente:EASE ..... 25
Figura 3 Distribución normal. Campana de Gauss ...................................................................... 26
Figura 4 Fotografías del Auditorio Rafael Frühbeck. ................................................................. 30
Figura 5 Planta y sección longitudinal del Auditorio. Escala 1/100 ........................................... 30
Figura 6 Fotografías con vistas laterales del Auditorio ............................................................... 31
Figura 7 Palco Vip y Palco Lateral. En la segunda imagen se aprecia el revestimiento de listones de madera ....................................................................................................................... 31
Figura 8 Vista lateral del interior de la Caja Escénica ................................................................ 32
Figura 9 Coeficiente Absorción ‘Butaca Tipo Alicia’ ................................................................. 32
Figura 10 Configuración Caja Escénica Vacía ............................................................................ 33
Figura 11 Configuración Con Cámara Grande ............................................................................ 34
Figura 12 Respuesta en Frecuencia, Diagrama polar de directividad y fotografía de la capsula microfónica AKG CK92 ............................................................................................................. 36
Figura 13 Respuesta en Frecuencia, Diagrama polar de directividad y fotografía de la cápsula bidireccional AKG CK94 ............................................................................................................ 37
Figura 14 Preamplificador AKG SE 300B .................................................................................. 37
Figura 15 MIX PRE de SOUND DEVICES ............................................................................... 38
Figura 16 Altavoz Dodecaedro. ................................................................................................... 38
Figura 17 Amplificador InterM-M700 ........................................................................................ 39
Figura 18 USB Audio Interface ZE0948B .................................................................................. 39
Figura 19 Sonómetro B&K 2260. ............................................................................................... 39
Figura 20 Posiciones de micrófono y fuente para la configuración Caja Escénica Vacía. ......... 42
Figura 21 Posiciones de micrófono y fuente para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande. ........................................................................................................................................ 43
Figura 22 Montaje para realizar las medidas (Perez, 2014) ........................................................ 44
Figura 23 Nivel de Ruido de Fondo ponderado A (dBA) en función de la frecuencia (Hz). ...... 47
Figura 24 Nivel SPL del ruido de fondo (dB) en función de la frecuencia (Hz) y diversas curvas NC. ............................................................................................................................................... 48
Figura 25 Curvas NC recomendadas para distintos recintos y niveles de ruido de fondo equivalentes en dBA. (Isbert, 1998) ............................................................................................ 49
Figura 26 INR (dB) en función de la frecuencia (Hz). CAJA ESCENICA VACIA ................... 50
Figura 27 INR (dB) en función de la frecuencia (Hz). CAMARA GRANDE ............................ 50
10
Figura 28 DESVEST en función de la frecuencia (Hz). Tercios de Octava. Configuración CAJA ESCENICA VACIA .................................................................................................................... 51
Figura 29 DESVEST en función de la frecuencia (Hz). Tercios de Octava. Configuración CAMARA GRANDE .................................................................................................................. 51
Figura 30 RT (s) en función de la frecuencia (Hz) en bandas de tercio de octava. Configuración CAJA ESCENICA VACIA ......................................................................................................... 52
Figura 31 RT (s) en función de la frecuencia (Hz) en bandas de tercio de octava. Configuración CON CAMARA GRANDE ........................................................................................................ 52
Figura 32 Tabla con RTmid (s) y desviación estándar obtenidos para las dos configuraciones de recinto con las dos señales de excitación ..................................................................................... 53
Figura 33 Vistas externas del modelo geométrico desarrollado en EASE Configuración CAJA ESCENICA VACIA .................................................................................................................... 56
Figura 34 Vistas interiores del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA .................................................................................................................... 57
Figura 35 Vista externa del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CON CAMARA GRANDE .................................................................................................................. 57
Figura 36 Diferentes vistas del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CON CÁMARA GRANDE .................................................................................................................. 58
Figura 37 Coeficiente de absorción en función de la frecuencia (Hz) ........................................ 59
Figura 38 Coeficiente de absorción en función de la frecuencia (Hz) ........................................ 60
Figura 39 Coeficiente de absorción en función de la frecuencia (Hz). ....................................... 60
Figura 40 Coeficiente de absorción en función de la frecuencia (Hz) ........................................ 61
Figura 41 Comparación del RT Target (s) a conseguir (color gris) y RT Eyring (s) (color azul) en función de la frecuencia (Hz). Configuración CAJA ESCÉNICA VACIA. .......................... 62
Figura 42 Comparación del RT Target (s) a conseguir (color gris) y RT Eyring (s) (color azul) en función de la frecuencia. Configuración CON CÄMARA GRANDE. .................................. 63
Figura 43 Comparación del error relativo entre RT medido “in situ” y RT calculado en EASE mediante Eyring. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA .................................................... 63
Figura 44 Comparación del error relativo entre RT medido “in situ” y RT calculado en EASE mediante Eyring. Configuración CON CÁMARA GRANDE .................................................... 64
Figura 45 Posiciones de las posiciones de oyentes y de fuentes para la obtención de las respuestas al impulso en cada posición. (a) CAJA ESCENICA VACIA. (b) CON CAMARA GRANDE .................................................................................................................................... 66
Figura 46 Comparación del error relativo entre RT medido “in situ” y RT calculado en EASE mediante SCHROEDER. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA ....................................... 67
Figura 47 Comparación del error relativo entre RT medido “ in situ” y RT calculado en EASE mediante SCHROEDER. Configuración CON CÁMARA GRANDE ....................................... 67
Figura 48 JND promedio (500 y 1000Hz) en cada una de las posiciones micrófono fuente. Configuración CAJA ESCÉNICA VACIA ................................................................................. 67
11
Figura 49 JND promedio (500 y 1000Hz) en cada una de las posiciones micrófono fuente. Configuración CON CÁMARA GRANDE ................................................................................ 68
Figura 50 Tabla del Anexo A de la NORMA ISO 3382-1: Magnitudes acústicas agrupadas según los aspectos del oyente. (2) ............................................................................................... 69
Figura 51 EDT (s) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CAJA ESCENICA VACÍA ........ 70
Figura 52 EDT (s) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CON CAMARA GRANDE ........ 71
Figura 53 JND entre EDT simulado y EDT medido en Cámara Grande en las 15 posiciones micrófono-fuente. 5% equivale a 1 JND, 10% a 2 JND, 15% a 3 JND. Configuración CON CÁMARA GRANDE ........................................................................................................ 71
Figura 54 D50 (-) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CAJA ESCENICA VACIA ........... 72
Figura 55 D50 (-) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CON CAMARA GRANDE ........ 72
Figura 56 Diferencia entre D50 simulado y D50 medido en Configuración CAJA ESCENICA VACÍA en las 15 posiciones micrófono-fuente. ......................................................................... 73
Figura 57 Diferencia entre D50 simulado y D50 medido en Configuración CON CÁMARA GRANDE en las 15 posiciones micrófono-fuente. ..................................................................... 73
Figura 58 C50 (dB) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CAJA ESCENICA VACIA 74
Figura 59 C50 (dB) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CON CAMARA GRANDE74
Figura 60 Diferencia, en dB, entre C50 simulado y C50 medido en Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA en las 15 posiciones micrófono-fuente. ..................................................... 75
Figura 61 Diferencia, en dB, entre C50 simulado y C50 medido en Configuración CON CÁMARA GRANDE en las 15 posiciones micrófono-fuente. ................................................... 75
Figura 62 C80 (dB) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CAJA ESCENICA VACIA 76
Figura 63 C80 (dB) en función de la frecuencia (Hz), obtenido mediante simulación (color azul) y mediante mediciones “in situ” (color rojo). Configuración CON CAMARA GRANDE76
Figura 64 Diferencia, en dB, entre C80 simulado y C80 medido en Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA en las 15 posiciones micrófono-fuente. ..................................................... 77
Figura 65 Diferencia, en dB, entre C80 simulado y C80 medido en Configuración CON CÁMARA GRANDE en las 15 posiciones micrófono-fuente. ................................................... 77
Figura 66 Índice STI obtenido mediante medición señal MLS (color azul), y señal SWEEP (color naranja); y mediante simulación en EASE (color gris). Configuración CAJA ESCENICA VACIA ........................................................................................................................................ 78
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Figura 67 Índice STI obtenido mediante medición señal MLS (color azul), y señal SWEEP (color naranja); y mediante simulación en EASE (color gris). Configuración CON CAMARA GRANDE .................................................................................................................................... 78
Figura 68 Comparación LF obtenido mediante medición “in-situ” (color rojo) y mediante simulación en EASE (color azul). Configuración CAJA ESCENICA VACIA ......................... 79
Figura 69 Comparación LF obtenido mediante medición (color rojo) y mediante simulación en EASE (color azul). Configuración CAJA CAMARA GRANDE ............................................... 80
Figura 70 Comparación Curva ETC obtenida en medición “in situ”(a) y obtenida por simulación (b) en el punto F1M3 Configuración CAJA ESCENICA VACIA ........................... 81
Figura 71 Comparación Curva ETC obtenida en medición “in situ”(a) y obtenida por simulación (b) en el punto F2M5 Configuración CON CÁMARA GRANDE ........................... 82
Figura 72 Comparación de la Respuesta al Impulso obtenida de las medidas "in situ" (a) y obtenida mediante simulación (b) en el punto F1M6. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA ..................................................................................................................................................... 83
Figura 73 Comparación de la Respuesta al Impulso obtenida de las medidas "in situ" (a) y obtenida mediante simulación (b) en el punto F2M9. Configuración CON CÁMARA GRANDE ..................................................................................................................................................... 83
Figura 74 Tabla con los valores de los parámetros acústicos estudiados en Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA .................................................................................................................... 88
Figura 75 - Tabla con los valores de los parámetros acústicos estudiados en Configuración CON CÁMARA GRANDE .................................................................................................................. 89
Figura 76 Tiempos de Reverberación calculados en EASE mediante Eyring (rojo), Sabine (verde) y Schroeder (Azul). Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA. Punto F1M3. ............ 94
Figura 77 Tabla con valores RT de recintos similares en volumen y aforo al estudiado en este proyecto (BERANEK, 2004) ....................................................................................................... 96
Figura 78 Tabla con los valores de la probabilidad de la Distribución Normal ........................ 102
Figura 79 Instantáneas donde se muestran todos los vértices que constituyen el modelo geométrico. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA ........................................................... 103
Figura 80 Instantáneas donde se muestran todos los vértices que constituyen el modelo geométrico. Configuración CON CÁMARA GRANDE .......................................................... 104
13
Índice de Ecuaciones.
(1) Ecuación de Sabine para el cálculo del tiempo de reverberación.
(2) Ecuación de Eyring para el cálculo del tiempo de reverberación.
(3) Ecuación de Kuttruff para el cálculo del tiempo de reverberación.
(4) Claridad C50.
(5) Claridad C80.
(6) Definición D50.
(7) Fracción de energía lateral LF.
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RESUMEN
El presente proyecto desarrolla un estudio acústico del recinto: Auditorio Rafael Frühbeck de Burgos, cumpliendo con las indicaciones exigidas por la norma UNE-EN ISO 3382-1: 2010, “Medición de parámetros acústicos en recintos, Parte 1: Salas de Espectáculos”.
Se desarrollan dos estudios acústicos sobre el mismo recinto. En el primero de ellos, el recinto está configurado para la realización de eventos tales como conferencias o congresos, donde la inteligibilidad de la palabra es un factor determinante. En el segundo estudio, el recinto se configura para espectáculos musicales como conciertos de orquesta sinfónica o música de cámara. En esta configuración, la palabra ya no es tan determinante como la correcta interpretación y disfrute de la música por parte de la audiencia.
Para ambas configuraciones del recinto se ha realizado un procesado estadístico de los datos con el fin de obtener un valor único de cada parámetro acústico estudiado.
De esta forma, se comparan los resultados para ambas configuraciones, y se evalúan los valores obtenidos de cada uno de los parámetros acústicos con el fin de conocer si se adecuan a las necesidades acústicas exigidas por el tipo de evento desarrollado.
Además, se ha construido un modelo geométrico del recinto por ordenador, para ambas configuraciones acústicas, haciendo uso del software profesional de predicción y simulación acústica EASE. Se realiza un estudio acústico sobre el modelo geométrico mediante simulación, siguiendo las pautas llevadas a cabo durante la medición “in situ”. Los resultados obtenidos por simulación se comparan con los obtenidos de las mediciones “in situ”, para estudiar la validación del modelo geométrico. El parámetro acústico elegido para validar el modelo, en un primer momento, será el tiempo de reverberación. Si se consigue una buena validación del modelo geométrico, este puede ser utilizado para realizar predicciones acústicas mediante simulación, cuando un sistema de refuerzo sonoro sea utilizado dentro del recinto. El sistema de refuerzo sonoro ubicado en el recinto sometido a estudio, no ha sido utilizado en el presente proyecto.
16
17
ABSTRACT
The present projects carry out an acoustic study of enclosure: Rafael Frühbeck Concert Hall, in Burgos, fulfilling the indications demanded by the standard UNE-EN ISO 3382-1:2010 “Measurement of room acoustic parameters – Part 1: Performance spaces.
Two acoustics studies are developed on the same enclosure. In first of them, the enclosure is formed for the accomplishment of events such as conferences or congresses, where speech intelligibility is a determining factor. In the second study, the enclosure forms for musical performances like concerts of symphony orchestra or chamber music. In this acoustic configuration, speech intelligibility is not as determining as the correct interpretation and enjoyment of music in audience areas.
For both configurations of the enclosure, a statistical processing of the data has been realised with the purpose of obtaining a unique value of each studied acoustic parameter.
In this way, the results for both configurations are compared, and the obtained values of each one of the acoustic parameters are evaluated with the purpose of knowing if they are adapted to the acoustic needs demanded by the type of developed event.
In addition, a geometric model of the enclosure has been constructed by computer, for both acoustic configurations; making use of the professional software of prediction and acoustical simulation, EASE. An acoustic study is developed on the geometric model by means of simulation, following the rules carried out during the measurement “in situ”. The results obtained by simulation are compared with the obtained ones from the measurement “in situ”, to study the validation of the geometric model. Initially the acoustic parameter chosen to validate the model is Reverberation Time.
If a good validation of the geometric model is reached, it can be used to realize acoustic predictions by simulation, when a sound reinforcement system is used within the enclosure. The sound reinforcement system located in the enclosure under study has not been used in the present project.
18
19
1. INTRODUCCIÓN
20
1.1 Descripción del proyecto
El propósito general de este proyecto ha sido llevar a cabo un estudio acústico del recinto Auditorio Rafael Frühbeck, del Complejo Fórum Evolución de Burgos.
El objetivo del estudio ha sido conocer todos los parámetros acústicos que caracterizan al Auditorio, para luego compararlos con los resultados obtenidos mediante simulación acústica, en un modelo geométrico creado por ordenador, y que será validado con el parámetro Tiempo de Reverberación, RT. Consiguiendo una buena validación del modelo, así como una buena aproximación entre los resultados “in situ”-simulados, el modelo geométrico podrá ser utilizado para predecir el comportamiento acústico del recinto cuando se configuren en este, diferentes sistemas de refuerzo sonoro.
Las distintas fases del proyecto han sido:
-‐ Medidas “in situ”. Medida de los distintos parámetros acústicos que definen el Auditorio. Procesado de datos medidos, obtención de resultados y valoración.
-‐ Realización de un modelo geométrico de la sala. Construcción del recinto y asignación de materiales a sus superficies.
-‐ Validación del modelo geométrico a partir del parámetro RT. Adaptar el modelo geométrico para que el tiempo de reverberación calculado mediante la teoría estadística, se corresponda con el real, medido “in situ”.
-‐ Comparación de resultados obtenidos. Se comparan los valores obtenidos en la medida real con los obtenidos en la simulación.
En todo momento se han seguido las indicaciones de la norma establecida para este tipo de recintos. Norma UNE-EN ISO 3382-1: 2010, “Medición de parámetros acústicos en recintos, Parte 1: Salas de Espectáculos”.
1.2 Descripción de los parámetros acústicos estudiados.
La obtención de criterios basados en medidas objetivas para la evaluación de la calidad acústica de un recinto es uno de los objetivos de la acústica de recintos. A lo largo de la historia de la acústica, diferentes autores han ido realizando aportaciones a la determinación de diferentes parámetros que caracterizan objetivamente la acústica de las salas. Por otra parte, no existe ningún parámetro que caracterice estrictamente la calidad acústica subjetiva percibida. Diversos autores han tratado de establecer modelos que combinen los parámetros objetivos estudiados para la obtención de una escala subjetiva de valoración, ya que para los constructores y diseñadores resultaría muy
21
interesante, tener un modelo que relacionase los parámetros objetivos medidos con la respuesta del público. (1)
A continuación se describen los parámetros acústicos estudiados en el presente proyecto. Algunos de estos parámetros, como el Tiempo de Reverberación, pertenecen al grupo de magnitudes objetivas, las cuales describen de una manera más física, el carácter acústico de un recinto. El resto, por el contrario, están relacionados con los aspectos subjetivos particulares del carácter acústico de un recinto, es decir, con la percepción subjetiva por parte de los oyentes.
1.2.1. Tiempo de reverberación. (RT)
La norma UNE-EN ISO 3382 define el tiempo de reverberación, RT, como la “duración requerida para que la densidad de energía acústica media en un recinto decrezca en 60 dB una vez que la emisión de la fuente ha cesado”. (2)
Se expresa en segundos. Es el parámetro más representativo a la hora de caracterizar la reverberación en un recinto.
Wallace Sabine demostró en 1898, que RT, es directamente proporcional al volumen del recinto e inversamente proporcional al grado de absorción acústica de los materiales de las superficies del recinto. Así lo reflejó en su ecuación para calcular el tiempo de reverberación: (3)
𝑅𝑇 𝑆𝑎𝑏𝑖𝑛𝑒 = 0.164 .𝑉𝑆.α (1)
RT es el tiempo de reverberación en segundos; V el volumen del recinto en m3, S la superficie total de las paredes del recinto en m2 y ′α′ , el coeficiente de absorción medio del recinto. ′α′ , representa el grado de absorción del sonido de un material cualquiera. Sus valores están comprendidos entre 0 (material totalmente reflectante) y 1 (absorción total). El valor de ′α′ está directamente relacionado con las propiedades físicas del material y varía con la frecuencia. La ecuación de Sabine se sigue utilizando hoy en día en los diferentes programas de medición y simulación acústica. No obstante, con el paso del tiempo, se han desarrollado otras ecuaciones de cálculo de RT (Eyring, Schroeder, Kuttruff, Aura-Puchades…) que pueden ser más precisas en ciertas condiciones de geometría y absorción del recinto.
𝑅𝑇 𝐸𝑦𝑟𝑖𝑛𝑔 = 0.071 .𝑉
−𝑆. ln(1−α) (2)
22
𝑅𝑇 𝐾𝑢𝑡𝑡𝑟𝑢𝑓𝑓 = 0.16 .𝑉
𝑆. [− ln(1−α)]+ Λ+ 4mV (3)
Los elementos de las ecuaciones 2 y 3, son los mismos que en la ecuación (1). Se completa con ‘Λ’ , coeficiente de reflexión medio y ‘m’, coeficiente de absorción del aire. La fórmula de Eyring, al igual que Sabine, utiliza la geometría del recinto y el coeficiente de absorción de los materiales para el cálculo del RT. Schroeder, sin embargo, calcula RT a partir de la respuesta al impulso.
La norma UNE-EN ISO 3382 permite evaluar el tiempo de reverberación en un rango dinámico inferior a 60 dB y extrapolarlo a un tiempo de decrecimiento de 60 dB. De esta forma, si RT se deriva del tiempo en el que la curva de decrecimiento alcanza primero 5 dB y 25 dB por debajo del nivel inicial, se anota como T20. Si se utilizan valores de decrecimiento entre 5 dB y 35 dB por debajo del nivel inicial, se anota como T30. [1] Surgen así cuatro parámetros utilizados en este estudio: T10, T15, T20 y T30. Hacen referencia al tiempo de reverberación que se tendría si la energía de la sala decreciera con la misma velocidad con la que lo hace en los primeros decibelios, indicados en el subíndice del parámetro acústico. A partir de ellos se puede calcular RT, simplemente multiplicando por seis el valor de T10, por cuatro el T15, por tres el T20 o por dos el T30. Para dar un valor único de RT, se suele utilizar el valor del RT en la banda de 500 Hz, y se denomina como RTmid. En este proyecto RTmid se calcula promediando las bandas de 500 Hz y 1 kHz.
1.2.2 Early Decay Time (EDT).
Se traduce como “Tiempo de caída inicial”. Se calcula multiplicando por seis el tiempo que tarda el nivel de presión sonora en disminuir 10 dB, desde que la fuente sonora deja de emitir. Es decir, muestra el tiempo de reverberación de la sala, pero considerando que, la caída del nivel de presión sonora en 60 dB, se produce al mismo ritmo que la de los 10 primeros decibelios. (caída lineal vs caída exponencial). En algunos textos puede aparecer como T10, por definición.
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Figura 1 EDT(s) y RT(s)
EDT muestra un tiempo de reverberación subjetivo (percibido por el oyente), mientras que RT indica el tiempo de reverberación objetivo (real).
EDT alcanzará el mismo valor que RT en aquellos recintos donde haya una perfecta geometría de la sala y además, una distribución homogénea y uniforme de los materiales absorbentes. En la mayor parte de los casos, EDT será menor que RT.
1.2.3 Claridad C50 y C80.
La claridad muestra la relación entre la energía precoz y la energía tardía. Se puede calcular para un límite temporal de 50 ms o de 80 ms, dependiendo de si los resultados se refieren a las condiciones de las salas de conferencia o de conciertos. (2)
El índice C50 muestra la claridad de la palabra en un recinto. Está relacionado con la inteligibilidad de la palabra.
C50 = !"#$%í! !!"#! !" !"!"#$%í! !"#$%é! !" !" !"
(𝑑𝐵) (4)
Es posible utilizar el denominado “Speech Average” para caracterizar a la sala mediante un único valor C50, a partir de la aportación de cada banda de octava a la inteligibilidad de la palabra. [2].
C50 (Speech Average) = 0.15 x C50 (500 Hz) + 0.25 x C50 (1 kHz) + 0.35 x C50 (2 kHz) + 0.25 x C50 (4 kHz)
Para obtener una inteligibilidad aceptable se debe cumplir que C50 sea mayor de 2 dB. (4)
24
Por otro lado, el índice C80 muestra la claridad musical en un recinto. Está relacionado con la inteligibilidad musical, es decir, con la capacidad o grado de separación que existe entre diferentes instrumentos de una orquesta o de una producción musical. Esta fórmula se aplica para las bandas de 125 Hz hasta los 4 kHz. (5)
C80 = !"#$%í! !!"#! !" !"!"#$%í! !"#$%é! !" !" !"
𝑑𝐵 (5)
A continuación se muestran los valores de claridad musical C80 aceptables, para las condiciones de sala vacía y sala llena.
-4 ≤ C80≤ 0 dB (sala sin gente)
-2 ≤ C80≤ +2 dB (sala con gente)
1.2.4 Definición (D50).
En algunas condiciones, para valorar la inteligibilidad de la palabra, se utiliza el parámetro Definición (D50). D50 mide la relación entre la energía acústica precoz y la energía acústica total. Se calcula por bandas de octava en las frecuencias centrales, entre 125 Hz y 4 kHz. (2).
D50 = !"#$%í! !!"#! !" !"!"#$%í! !"!#$
(6)
La energía que llega dentro de los 50 ms se considera como la parte de energía que contribuye a mejorar la inteligibilidad (sonido directo), mientras que el resto de la energía, la relacionamos con la cola reverberante. Por lo tanto, valores comprendidos entre 0.5 y 1 serán valores aceptables de buena inteligibilidad (4).
Hay que considerar que D50 es dependiente de la posición del oyente respecto a la fuente sonora. A mayor distancia entre el oyente y la fuente, mayor campo reverberante y por lo tanto, peor definición D50.
1.2.5 LF. Eficiencia Lateral
La eficiencia lateral es un parámetro acústico que cuantifica la cantidad de energía acústica que procede lateralmente respecto a la energía que procede del escenario, y por tanto es un valor que determina el grado de volumen espacial que tiene una sala. (5). Está relacionado con la anchura percibida de la fuente sonora (2).
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𝐿𝐹 = !"#$%í! !"#$%"! !!"#! !" !"!"#$%í! !"!#$ !!"#! !" !" (!"#$%&'"() !" !"!#$í! !"#$%"!)
(7)
Este valor se suele medir para las bandas de octava entre 125 Hz y 1 kHz, y el valor promedio de las 4 bandas debe ser superior a 0.19 (5).
1.2.6 INR (Impulse to Noise Ratio)
Es la relación logarítmica entre el máximo nivel de la respuesta al impulso y el nivel de ruido. Se utiliza como un parámetro de calidad de medición, relacionada con la medición del sistema en lugar de la medición de la señal. Se mide en decibelios (dB). (4)
En la norma ISO 3382 no se habla explícitamente de este parámetro, aunque sí que indica, que la fuente impulsiva debe ser capaz de producir un nivel de presión acústica de pico suficiente para garantizar una curva de decrecimiento empezando al menos 35 dB por encima del ruido de fondo en la banda de frecuencias correspondiente. (2)
Tras realizar cada una de las medidas se debe comprobar el parámetro INR, para validar, que en todas las bandas de frecuencia se han alcanzado, al menos, 35 dB. Si esto no sucede, la medida no debe darse como válida, y debería repetirse.
1.2.7 ETC (Energy Time Curve)
El parámetro ETC muestra el decrecimiento de la energía acústica del recinto en función del tiempo. Suele mostrarse de modo gráfico. Desde ETC puede obtenerse el RT, estudiando caídas de nivel de 60 dB, o estudiando caídas de nivel menores (20 o 30 dB) y multiplicando después por el factor correspondiente.
Figura 2 Curva ETC. Nivel de presión sonora(dB) en función del tiempo(s). Fuente:EASE
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1.3 Proceso Estadístico. Exclusión de Datos.
Los resultados medidos para el rango de las posiciones micrófono-fuente se pueden combinar para obtener los valores de promediado espacial. Este promediado espacial se debe alcanzar por medio del promediado aritmético de los tiempos de reverberación. (2)
A la hora de realizar este promediado espacial, es importante valorar, si se deben incluir o no en el análisis, aquellos datos extraños o anómalos. Ahora bien, ¿qué es un dato extraño? La medición “in situ” sigue un proceso estadístico. En cada una de las posiciones micrófono-fuente se obtiene un valor promedio, de entre todas las medidas realizadas sobre esa posición. En este proyecto se han realizado 2 medidas por cada posición micrófono-fuente. Para obtener después un único valor característico de todo el recinto, valor promedio, se realiza un promediado espacial con todas las mediciones individuales, asociadas a cada posición. Además, se calcula la desviación estándar del conjunto de todas las medidas. Un dato extraño será aquel asociado a una medida de una posición micro-fuente, que su valor difiera considerablemente del valor promedio, por ejemplo, en dos o más desviaciones estándar. Este proceso se realiza por bandas de frecuencia, en octavas y tercios de octava.
Existen varios criterios de exclusión de datos. En este proyecto se ha utilizado el criterio de Chauvenet. (6)
1.3.1 El criterio de Chauvenet.
El criterio de Chauvenet comienza con la suposición de que los datos extraídos de las mediciones se rigen por una distribución de Gauss, con centro y anchura, dados por el valor promedio (x) y la desviación estándar (σ).
Figura 3 Distribución normal. Campana de Gauss
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Sabiendo que los datos extraídos de las medidas se rigen por una distribución de Gauss, podemos calcular la probabilidad de obtener un dato que difiera del valor promedio al menos en dos desviaciones estándar. Atendiendo a las probabilidades de la distribución de Gauss del Anexo 1:
Prob (desviación mayor que 2σ) = 1 – Prob (desviación menor que 2σ) = 1 - 0.95
= 0.05
Hay un 5 % de posibilidades de obtener datos que difieran en al menos dos desviaciones estándar del valor promedio. Por ejemplo, si realizamos 20 mediciones, esperaríamos obtener una medida tan desviada como 2σ
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑒𝑛 2σ = Número de mediciones ×Prob fuera de 2σ
= 20 × 0.05 = 1
Siendo así, la muestra obtenida con esta desviación no debería ser rechazada, ya que está dentro de lo esperado. Sin embargo, si en lugar de 20 mediciones se realizaran, por ejemplo, 8, se esperaría obtener que solo los dos quintos (0.4) de una de las mediciones estaría tan desviada como dos desviaciones estándar. En este caso, el experimentador es el encargado de tomar la decisión de rechazar o no el dato extraño.
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑒𝑛 2σ = Número de mediciones × Prob fuera de 2σ
= 8 × 0.05 = 0.4
El criterio de Chauvenet, en su versión habitual, establece que si el numero esperado de mediciones que sean por lo menos tan desviadas como la medición sospechosa es menor a media unidad, 0.5, entonces la medición sospechosa debe ser rechazada. Obviamente, la elección de media unidad es arbitraria, pero también es razonable y puede ser defendida. (6)
Siguiendo con el ejemplo anterior, cuando se realizan 20 mediciones, se puede no rechazar ningún dato extraño ya que 1 > 0.5 . Para el caso de 8 mediciones, hay que rechazar los datos extraños. (0.4 < 0.5).
Si finalmente se rechazan los datos extraños, es necesario recalcular el valor promedio y la desviación estándar, sin contar con los datos extraños. El ‘nuevo’ valor promedio no debería verse muy afectado; sin embargo, la desviación estándar se reducirá sensiblemente. Además, el proceso es iterativo y debe volver a aplicarse hasta que ninguna de las muestras o datos, se salga de los límites de desviación permitidos
28
En el presente proyecto, se ha establecido un margen de 2.4 desviaciones estándar alrededor del valor promedio, para no incluir en los cálculos todos aquellos datos registrados, que se encuentren fuera de dicho margen. Atendiendo de nuevo al Anexo 1 vemos como la probabilidad de que una medida se encuentre dentro de ± 2.4 desviaciones estándar sobre el valor promedio es del 98%
Prob (desviación mayor que 2.4 σ) = 1 – Prob (desviación menor que 2.4σ) = 1 – 0.98
= 0.02 Se han obtenido un total de 60 medidas: 15 posiciones de micrófono, 2 posiciones de fuente, 2 medidas en cada punto.
Así, el número esperado de medidas que difieran en ± 2.4 desviaciones estándar es:
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑖𝑒𝑟𝑎𝑛 𝑒𝑛 2.4 σ = Número de mediciones × Prob fuera de 2.4 σ
= 60 × 0.02 = 1.2 1.2 es mayor que 0.5, por lo que atendiendo al criterio de Chauvenet, no sería necesario rechazar ninguno de los datos extraños.
A pesar de no ser necesario y con el fin de obtener resultados más precisos, se ha decidido descartar los datos que se desviaban en al menos 2.4 desviaciones estándar. Se han recalculado el valor promedio y la desviación estándar, sin aplicar, de nuevo, el criterio de Chauvenet.
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2. CARACTERÍSTICAS DEL RECINTO
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El recinto sometido a ensayo acústico es el Auditorio Rafael Frühbeck, ubicado en el Complejo Fórum Evolución Burgos. Paseo Sierra de Atapuerca s/n, 09002, Burgos.
El volumen del recinto es de 12.000 metros cúbicos aproximadamente.
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Tiene un aforo de 1371 personas. Consta de una platea de 25 filas de butacas; 12 en la parte inferior y 13 en la parte superior (986 butacas). En la parte trasera de la platea se sitúan dos palcos VIP (22 personas). En las paredes laterales aparecen dos palcos con 4 butacas cada uno (8 personas). El anfiteatro está formado por 7 filas de butacas. (347 butacas). (7)
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31
2.1 Paredes del recinto
Todas las paredes son de chapa de madera Fibranor/Fibrapan Ignifugo en diversos tonos. Esto las convierte en superficies bastante reflectantes.
El suelo y las paredes traseras tienen un acabado color claro. También las paredes laterales, con la distinción de estar revestidas con listones de madera color oscuro (LMA), ocupando aproximadamente, un cuarto del total de la superficie lateral.
Las paredes que conforman la boca del escenario son de madera oscura. El techo se constituye con tres planchas con barriga, en acabado madera oscuro, formando una gran concha acústica como falso techo.
Los palcos laterales son de madera color clara y lucen también un revestimiento de listones color claro en parte de su superficie. El techo generado por el anfiteatro sobre platea es contrachapado de ocume en color oscuro.
Figura 6 Fotografías con vistas laterales del Auditorio
Figura 7 Palco Vip y Palco Lateral. En la segunda imagen se aprecia el revestimiento de listones de madera
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2.2 Caja escénica.!
La caja escénica del recinto cuenta con suelo de madera en color negro. Dentro de ella, aparecen varios telones de terciopelo en los laterales y en el fondo de la caja escénica.
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2.3 Butacas
El número total de asientos con los que cuenta el Auditorio es de 1367, repartidos entre anfiteatro (347), platea (1010) y palcos laterales (10).
Las butacas de los palcos laterales son del tipo Taburete Alicia. Las butacas del anfiteatro y de la platea son del tipo Butaca Alicia, con tapicería roja Pro - 621 de Kvadrat en respaldo y contra asiento ,costadillos color plata, interior del asiento y reposabrazos en color plata sudden 002.
A continuación se presentan los coeficientes de absorción de las butacas con y sin ocupantes. Estos datos han sido facilitados por LGAI Technological Center, S.A. (nº Expediente 10/101894-1972).
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F(Hz) ! !
125 0,2 0,25
250 0,35 0,5
500 0,7 0,85
1000 0,8 0,95
2000 0,85 1
4000 0,75 1
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2.4 Elementos variables
El recinto cuenta con elementos móviles, que permiten distintas configuraciones de escenario, y por lo tanto, distintas configuraciones acústicas.
Así; las tres primeras filas de butacas de la platea son plataformas de altura variable, que pueden configurarse como ampliación de escenario, o bien, como foso de orquesta. Superficie del foso de orquesta. (7)
Plataforma 1 (30m2) – 64 músicos – 77m2 Plataforma 2 (21m2) – 81 músicos – 98m2 Plataforma 3 (23m2) – 100 músicos – 121m2 Además del foso de orquesta, dentro de la caja escénica, puede situarse un techo acústico de madera (dos modalidades: pequeña o grande), creando dentro de la misma caja escénica una cámara de conciertos. Esta versatilidad en los elementos del recinto hace que puedan generarse distintos recintos acústicos dentro del mismo recinto; todos ellos con diferentes características acústicas. Esto permite al recinto la posibilidad de acoger diferentes actos u eventos, que demanden distintas condiciones acústicas (conciertos, música de cámara, ópera, orquesta sinfónica, exposiciones, presentaciones, conferencias, etc.).
2.5 Configuraciones del recinto sobre las que se realiza el estudio acústico.
En el presente proyecto se estudian únicamente dos configuraciones acústicas del recinto. La primera configuración consiste en “Caja Escénica Vacía”. Aparecen todas las butacas de la platea. La caja escénica está vacía, solo acompañada de un telón negro de fondo, y cuatro telones verticales en cada lateral. Configuración típica para congresos y exposiciones donde la inteligibilidad de la palabra es lo más importante.
Figura 10 Configuración Caja Escénica Vacía
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La segunda configuración se denomina “Caja Escénica Con Cámara Grande”. Se prescinde de las dos primeras filas de butacas de la platea para levantar la tarima supletoria, únicamente con la primera fila; dejando la segunda fila como sitio de paso. En la caja escénica se disponen los tres paneles de madera a modo de techo acústico y se precisan una pared de fondo y laterales, creando así una cámara de conciertos grande dentro de la caja escénica. Configuración típica para conciertos de orquesta sinfónica y música de cámara. Durante las mediciones, dentro de la cámara grande, aparecía una grada para un coro de 250 personas.
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La versatilidad de los elementos móviles permite otras posibles configuraciones que no han sido objeto de estudio en este proyecto.
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3. EQUIPAMIENTO. CARACTERÍSTICAS.
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El equipamiento que se enumera a continuación cumple con la normativa UNE-EN ISO 3382-1 para mediciones acústicas.
• Ordenador Portátil Toshiba.
Ordenador portátil de la marca Toshiba con las siguientes especificaciones:
• Software completo de DIRAC con llave-licencia USB.
Software de medida de parámetros acústicos desarrollado por Brüel &Kjaer que trabaja respetando los criterios establecidos por las normas ISO 3382, ISO 18233 e IEC 60268-16. Se trabaja con la versión 4.0 del software.
• Micrófono AKG CK 92
Cápsula omnidireccional. Se conecta al preamplificador AKG SE300B. Sensibilidad = 10mV/Pa. (8)
Figura 12 Respuesta en Frecuencia, Diagrama polar de directividad y fotografía de la capsula microfónica AKG CK92
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• Micrófono AKG CK 94
Cápsula bidireccional. Se conecta al preamplificador AKG SE300B. Capsulas bidireccionales son requeridas por la norma para el cálculo de algún parámetro acústico como Eficiencia Lateral (LF). Sensibilidad = 10mV/Pa.
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• Preamplificador de micrófono SE300B
Preamplificador de micrófono para las cápsulas microfónicas de la serie Blue Line (CK91, CK92, CK93, CK94 y CK98). Incorpora un conmutador para elegir entre respuesta plana, 10 dB de atenuación y 12 dB/octava a 75 Hz como filtro pasa alto. Durante las medidas se utilizó el conmutador en respuesta plana.
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• Preamplificador de micrófono Mix Pre de Sound Devices.
Es el encargado de amplificar la señal recibida por el micrófono hasta un nivel de línea adecuado de salida; que será la entrada a la interface de audio para su registro en Dirac.
Figura 15 MIX PRE de SOUND DEVICES
• Fuente omnidireccional AVM DO-12
Altavoz de la casa ALAVA INGENIEROS. Es un dodecaedro con doce altavoces diseñado especialmente para cumplir con toda la normativa ISO 140. Tiene 600 W de potencia máxima de entrada con una impedancia de 10 Ohmios. Genera 120 dB de potencia sonora con emisión de señal en bandas de octava (80 Hz- 6,3 kHz). Viene acompañada de un trípode con ruedas que permite regular su altura y moverlo con relativa facilidad.
Figura 16 Altavoz Dodecaedro.
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• Amplificador InterM-M700
Amplificador de 700W que amplifica la señal de excitación a reproducir por el altavoz.
Figura 17 Amplificador InterM-‐M700
• USB Audio Interface ZE0948B
Conversor AD/DA con dos canales de entrada y dos de salida. Es la interfaz de audio a utilizar en sustitución de la tarjeta de sonido integrada en el ordenador portátil, que presenta ciertas carencias funcionales. Es muy importante seguir el proceso de calibración en DIRAC, del interfaz de audio utilizado.
Figura 18 USB Audio Interface ZE0948B
• Sonómetro Brüel & Kjaer 2260
Sonómetro de primer nivel que cumple con la normativa IEC 61672-1. Se utiliza para medir el ruido de fondo en el recinto, en tercios de octava. Esos datos serán usados posteriormente en el modelo geométrico para cálculos de inteligibilidad, etc.
Figura 19 Sonómetro B&K 2260.
40
• Software de modelado y predicción acústica EASE 4.4
Se ha utilizado la herramienta EASE 4.3. (Enhanced Acoustic Simulator for Engineers) para el desarrollo del modelo geométrico del recinto y la posterior simulación de cálculos de los distintos parámetros acústicos, a comparar con los medidos “in situ”. EASE 4.4 es un software de la firma alemana AFMG (Anhert Feistel Media Group) distribuido por Renkus-Heinz. Es uno de los software estándar en el campo de la acústica de recintos. Consta de diversos módulos de trabajo, cada uno de los cuales permite realizar ciertas tareas. Así, el módulo ROOM EDIT, Modify Data, permite diseñar un recinto cerrado o abierto, con todas sus superficies, a partir de puntos o vértices. Desde aquí también se pueden asignar diferentes materiales a las distintas superficies límite del recinto. Estos materiales vienen definidos por su coeficiente de absorción a las distintas bandas de frecuencia y serán utilizados en el cálculo del Tiempo de Reverberación, por parte de EASE, mediante la fórmula de Eyring y Sabine. En ROOM EDIT se configuran además las distintas zonas de audiencia o puntos de escucha, sobre los que se realizara la simulación para la obtención de resultados. Para realizar los cálculos se utiliza el módulo AURA. Este módulo está basado en el software CAESAR, desarrollado en cooperación con el Institute Technical Acoustics, de la Universidad RWTH Aachen, en Alemania. Cumple con toda normativa ISO 3382-1 para el cálculo de parámetros acústicos. Dentro del módulo AURA encontramos dos recursos de cálculo muy potentes: Aura Mapping y Aura Response. Ambos combinan la teoría estadística con el trazado de rayos para optimizar el cálculo de resultados. Aura Mapping genera un ecograma, del que se obtienen los valores de distintos parámetros acústicos (EDT, C50, C80, LF, STI…). Aura Response genera una respuesta impulsiva y un reflectograma en el punto medido; y de la que pueden obtenerse distintos parámetros acústicos. Además, Aura Response permite guardar estas respuestas al impulso para realizar auralizaciones. (9)
• Otros materiales:
o Diferente cableado de audio y carga (XLR, RCA, Speakon…) o Pie de micrófono con soporte duplo para 2 micrófonos. o 2 alargaderas XLR3-XLR3 o Calibrador 01dB nº 11565 o Medidor laser LEICA. o Metro. o Linterna. o Pilas de repuesto.
41
4. MEDIDAS “IN SITU”
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4.1 Cumplimiento de la norma ISO-3382 Parte 1.!
Todas las mediciones acústicas se realizaron de acuerdo a la Norma ISO-3382,Medición de parámetros acústicos en recintos, Parte 1: Salas de Espectáculos. (ISO 3382-1:2010).
4.2 Fecha de realización de las medidas.!
Las mediciones se realizaron los días 11 de Diciembre de 2014 (Caja Escénica Con Cámara Grande) y 2 de Enero de 2015 (Caja Escénica Vacía).
4.3 Posiciones de fuente y micrófonos para las medidas.!
Se escogieron 15 posiciones de micrófono para ambas configuraciones, con el fin de obtener una buena cobertura espacial del recinto. Se distribuyeron 9 en platea (M1-M9),3 en anfiteatro (M10-M12), 2 en palcos laterales (M13 y M15) y 1 en palco VIP (M14). Todas ellas se sitúan a una altura de 1,20 metros sobre el suelo.Se utilizaron dos posiciones de fuente sobre el escenario. Las posiciones de la fuente variaron según la configuración de recinto estudiado, manteniendo su altura en 1,53 m.
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4.4 Estado de ocupación del recinto.!
El estado de ocupación del recinto durante las mediciones para ambas configuraciones fue estado de no ocupación, es decir, el recinto está preparado para su uso, pero sin personas en la sala. Las ventanas de madera de la galería del puente de iluminación estaban cerradas. Las ventanas acristaladas de las cabinas de traducción y de las salas de control técnico estaban cerradas. El sistema de refuerzo sonoro presente en el recinto no se utilizó en ningún momento.
4.5 Método de medición empleado!
El procedimiento de medición utilizado fue el Método de Respuesta Impulsiva.
4.6 Equipamiento utilizado!
Se retiró el siguiente material de la escuela, en concepto de préstamo, para la realización “in situ” de las medidas acústicas.
• Ordenador Portátil Toshiba.• Software completo de DIRAC con llave-licencia USB.• Micrófono AKG CK 92
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• Micrófono AKG CK 94 • Preamplificador de micrófono SE300B (2uds) • Fuente omnidireccional AVM DO-12 • Amplificador InterM-M700 • Sonómetro B&K 2260 • Trípode con ruedas para la fuente. • Pie de micrófono con soporte duplo para 2 micrófonos. • 2 alargaderas XLR3-XLR3 • 1 alargadera SPEAKON • Calibrador 01dB nº 11565 • Medidor laser LEICA. • Metro. • Linterna. • Pilas de repuesto.
4.7 Montaje para las medidas.
Se utiliza, vía USB, la interfaz de audio externa ZE 0948 ya que genera mayor estabilidad que la tarjeta de sonido integrada en el mismo ordenador portátil. Ofrece dos entradas y salidas de audio.
El software DIRAC es el encargado de general la señal utilizada para excitar el recinto y de recibir y procesar las señales captadas por ambos micrófonos. De esta forma, la salida OUTPUT 1 de la interface de audio alimenta la entrada del amplificador de potencia Inter M-M700; cuya salida va directamente a la fuente AVM-DO12.
Las señales recogidas por los micrófonos son recogidas a través de las entradas IN 1 e IN 2 de la interface de audio, pasando previamente por el preamplificador MIX PRE de Sound Device.
Figura 22 Montaje para realizar las medidas (Perez, 2014)
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4.8 Señal de excitación empleada. !
Se utilizaron dos señales acústicas diferentes para la excitación del recinto: barrido sinusoidal exponencial (señal SWEEP) y ruido pseudo-aleatorio (señal MLS). La norma sólo exige el uso de una de ellas. En este proyecto se han utilizado las dos con el fin de estudiar y comparar los distintos resultados obtenidos con cada una de ellas. Ambas señales se configuraron con una duración de 5.6 segundos.
4.9 Temperatura y Humedad Relativa.!
La temperatura y la humedad relativa durante las mediciones se obtuvieron promediando muestras obtenidas en siete puntos distribuidos de la platea, antes, y después de realizar las medidas acústicas.
DIA 11 DE DICIEMBRE 2014. Caja Escénica con Cámara de Conciertos Grande.
Temperatura: 16.8 °C. Humedad relativa: 25.9%
DIA 2 DE ENERO 2015. Caja Escénica Vacía.
Temperatura: 16.9 °C. Humedad relativa: 26%
4.10 Procedimiento de medida.!
Para la realización de las medidas se precisó de la ayuda de una persona, encargada de ir moviendo el pie de micrófono con los micrófonos, economizando el tiempo empleado en la realización de las medidas.
Se ubicó el equipo de medida, sobre una mesa, en un lateral de la caja escénica. Allí se ubicó el ordenador portátil con la interfaz de audio ZE0948, el preamplificador MIXPRE y el amplificador de potencia. La fuente sonora se colocó sobre el escenario a
46
una altura de 1.53 metros. Se distribuyó gran longitud de cable de audio hasta el anfiteatro, lugar donde se ubican tres de las quince posiciones micrófono-fuente.
Una vez estaba el equipamiento de medida preparado se procedió a la realización de las mediciones. Los dos días de medición se comenzó midiendo en las posiciones micrófono-fuente del anfiteatro (puntos 10,11 y 12). Se continuó con el palco VIP (punto 14) y se prosiguió desde la parte trasera de la platea hacia el escenario (desde la posición 9 hasta la 1). Por último se realizaron las mediciones en el palco lateral (puntos 13 y 15). Cada vez que se medía sobre una posición micrófono-fuente se realizaban dos medidas con ambas señales de excitación, MLS y SWEEP. Inmediatamente después, se cambiaba la posición de la fuente en el escenario (de F1 a F2 o viceversa) para realizar de nuevo las dos medidas con las dos señales de excitación, completando así todas las medidas a estudiar en ese punto. (4 medidas en cada punto).
El software de medición Dirac ya realiza por sí mismo dos mediciones en cada medida, para promediarlas a continuación y guardar el valor promedio de ellas como una única medida. Aun así, se realizaron dos mediciones sobre cada posición micrófono-fuente con el fin de obtener un mayor número de mediciones, y por tanto, resultados más fiables.
4.11 Medición “in situ” del Ruido de Fondo.
Al finalizar las mediciones acústicas, se realizó la medición del ruido de fondo del recinto. Para ello, se escogieron 10 posiciones de medida; repartidas entre la platea y el anfiteatro (8 en platea, 2 en anfiteatro). Se utilizó el Sonómetro 2260 de Brüel & Kjaer. Se midieron los niveles de ruido de fondo en cada uno de los puntos, y a cada una de las bandas de frecuencia, con la ayuda del software Evaluator Type7820-7821.
Durante el estudio de los resultados, se apreciaron diversas anomalías en las medidas de ruido de fondo. En primer lugar, a ciertas bandas de frecuencias, no se había registrado ningún valor. Este problema se debió a una mala configuración, por parte del usuario, del rango dinámico a registrar por el sonómetro. Por otro lado, los niveles de ruido de fondo obtenidos para ambas configuraciones, presentaban valores muy altos para este tipo de recintos (sin ponderar y con ponderación A). Se comprobó que había un error en la capsula microfónica acoplada al sonómetro, tras diversos estudios y comparaciones con otras capsulas similares, en la cámara anecoica. La capsula no estaba en perfecto estado y afectaba a la medida realizada, desviando el nivel de ruido total en 1 dB aproximadamente. Sin embargo, el error podía subsanarse sumando 1 dB al nivel total de ruido obtenido.
Por estas razones y con el fin de asegurar la veracidad en las medidas de ruido de fondo, se decidió repetir las medidas. Se ajustó correctamente el rango de medida, en cada una de las bandas de frecuencia, para que en todas ellas se registraran valores. Se tuvo en
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cuenta el problema con la capsula microfónica para su posterior corrección en los valores obtenidos.
En esta segunda ocasión, se realizaron medidas de ruido de fondo con el sistema de climatización del recinto apagado y encendido. Se escogieron de nuevo 10 posiciones aleatorias repartidas entre la platea y el anfiteatro (8 platea, 2 anfiteatro). Durante las medidas “in situ” del ruido de fondo, se comprobó que, ahora sí, en todas las bandas de frecuencia, se registraban valores de ruido de fondo.
Se aplicó el criterio de Chauvenet de exclusión de datos, aunque, finalmente no se descartó ningún dato. Se realizó un promediado espacial con todas las medidas de ruido obtenidas en cada punto. Se muestra el resultado gráficamente, en tercios de octava, de los resultados obtenidos:
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Los valores negativos obtenidos se deben a la ponderación A aplicada en cada una de las bandas de frecuencia. La diferencia de ruido entre sistema de climatización encendido y apagado es más notable en baja frecuencia. Esto se debe a la gran componente de baja frecuencia que compone el carácter espectral del ruido emitido por los sistemas de climatización en general.Los niveles de ruido de fondo equivalentes obtenidos son 24.9 dBA cuando el sistema de climatización esta encendido y 14.1 dBA si el sistema está apagado. Se ha tenido en cuenta el decibelio de compensación debido al error producido por la capsula microfónica utilizada durante las mediciones de ruido de fondo. De aquí en adelante se han considerado los niveles de ruido de fondo equivalentes medidos con el sistema de climatización encendido; considerando así el peor de los casos en cuanto a niveles de ruido de fondo.
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Comparación de resultados con las curvas NC (Noise Criterion)
La evaluación objetiva del grado de molestia que un determinado ruido ambiental provoca en un oyente se realiza por comparación de los niveles de ruido existentes en un recinto, en cada banda de octava comprendida entre 63Hz y 8 kHz, con un conjunto de curvas de referencia denominadas NC. Las curvas NC son también utilizadas, de forma generalizada, para establecer los niveles de ruido máximos recomendables para diferentes tipos de recintos en función de su aplicación (oficinas, viviendas, teatros, salas de espectáculos, etc.).[8]
A continuación, realizamos un estudio en bandas de octava para evaluar los resultados con las curvas NC.
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Se observa gráficamente como los niveles de ruido de fondo medidos en el recinto, no superan la curva NC-20. Únicamente el valor obtenido para la banda de 8000 Hz se encuentra entre NC-20 y NC-25.
Atendiendo a la Figura 25, se puede concluir que el recinto sometido a estudio cumple con los requisitos en cuanto a evaluación de ruido de fondo, ya que los niveles de ruido de fondo equivalentes se encuentran por debajo de los valores recomendados.
Nuestro recinto, en la presente tabla, se encuentra dentro de la categoría ‘Salas de conciertos y teatros’. El nivel de ruido equivalente ponderado A es de 24.9 dBA, por debajo del conjunto de valores recomendados, 28-38 dBA. Además, también cumple con la curva NC recomendada, estando incluso por debajo de los valores recomendados, en varias bandas de octava. Se puede afirmar que el recinto sometido a estudio es un lugar muy silencioso que cumple con la normativa de niveles de ruido de fondo.
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Figura 25 Curvas NC recomendadas para distintos recintos y niveles de ruido de fondo equivalentes en dBA. (Isbert, 1998)
4.12 Resultados obtenidos.
Una vez realizadas las medidas, para cada una de las dos configuraciones acústicas a ensayo, se dispone de 16 ficheros de texto por cada posición micrófono fuente. Tal cantidad de ficheros es debido al gran número de combinaciones disponibles: dos señales de excitación, dos micrófonos captando señal, dos medidas en cada punto y, además, el hecho de presentar los resultados en octavas y tercios de octava.
Teniendo en cuenta las 30 posiciones micrófono-fuente se obtienen un total de 480 ficheros de texto con los valores de cada parámetro acústico a las distintas frecuencias. Estos ficheros de texto son debidamente ordenados en hojas de cálculo y archivos Excel, con el fin de generar una base de datos de todas las medidas realizadas. Para el procesado de datos se realiza siempre una copia de los mismos, desde la base de datos a distintos ficheros de trabajo Excel, con el fin de preservar la información original de las medidas.
Una vez se reúnen en un fichero de trabajo todas las medidas relativas a todas las posiciones micrófono fuente de un parámetro acústico, se realiza un primer estudio estadístico, para obtener el valor promedio y la desviación estándar, en cada banda de frecuencia.
Después se realiza el proceso de exclusión de datos, desarrollado anteriormente en el apartado 1.3.1, para, finalmente, obtener el valor promedio y la desviación estándar, en octavas y tercios de octava, del parámetro acústico estudiado.
TIPOS DE RECINTOS CURVA NC RECOMENDADA
EQUIVALENCIA EN dBA
Estudios de grabación 15 28
Salas de conciertos y teatros 15-25 28-38
Bibliotecas 30-35 42-46
Restaurantes 35-40 46-50
Polideportivos 40-50 50-60
Taller (maquinaria pesada) 50-65 60-75
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4.13 Comparación entre las dos señales de excitación utilizadas. Parámetro INR.!
A continuación se comparan gráficamente los valores promedio del parámetro INR, a las distintas bandas de frecuencia, para estudiar cuál de las dos señales de excitación ha conseguido una mejor relación INR.
*Nota: En todas las gráficas mostradas a continuación. Señal MLS (color azul). Señal SWEEP (color rojo)!!
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Con ambas señales, y para las dos configuraciones del recinto, se alcanzan valores comprendidos entre 35 y 65 dB, como la norma exige. En baja frecuencia, ninguna de las dos señales consigue un valor INR óptimo. Esto afectara a la validez de los resultados obtenidos en las bandas de 50 a 80 Hz. En frecuencias medias-bajas y medias, la señal MLS toma valores más altos que la señal SWEEP. Sin embargo, a
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partir de 1000 Hz, la señal SWEEP toma los valores INR más altos. En alta frecuencia ambas señales empiezan a responder peor, sin llegar a alcanzar los valores INR de baja frecuencia. Los resultados obtenidos durante las mediciones no serán válidos para la banda de frecuencias de 50 Hz, en tercios de octava. Las bandas de 63 Hz, 80 Hz y 100 Hz deberán valorarse de manera más crítica dados los bajos valores obtenidos. En el resto de bandas de frecuencia, se han excluido aquellas muestras que en ciertas posiciones micrófono fuente, y de manera muy puntual, no han alcanzado los 35 dB requeridos. Recordar en este punto, que la norma exige el cumplimiento de la misma para las bandas de frecuencia comprendidas entre 125 Hz y 4 kHz. En el presente estudio se muestran algunos resultados desde 50 Hz hasta 10 kHz; ya que el software Dirac registra en estas bandas de frecuencia. Ahora bien, los resultados no serán tan fiables como en el rango 125-4000 Hz. Se ha decidido escoger la señal MLS como referencia para el estudio de los parámetros acústicos, así como para las futuras comparaciones de resultados con el modelo geométrico simulado por ordenador. La decisión se ha tomado tras estudiar la desviación estándar obtenida por una y otra señal, al calcular el RT. Para las dos configuraciones del recinto, se ha obtenido una desviación estándar media más baja utilizando la señal MLS.
Figura 28 DESVEST en función de la frecuencia (Hz). Tercios de Octava. Configuración CAJA ESCENICA VACIA
Figura 29 DESVEST en función de la frecuencia (Hz). Tercios de Octava. Configuración CAMARA GRANDE
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100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
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5000
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A continuación se muestran los resultados obtenidos de los valores promedio del RT, utilizando dos señales de excitación distintas: señal MLS (color azul) y señal SWEEP (color rojo).
Figura 30 RT (s) en función de la frecuencia (Hz) en bandas de tercio de octava. Configuración CAJA ESCENICA VACIA
Figura 31 RT (s) en función de la frecuencia (Hz) en bandas de tercio de octava. Configuración CON CAMARA GRANDE
Estudiamos ahora los resultados obtenidos para el tiempo de reverberación, RT. El sistema de medida Dirac, muestra un RT para cada banda de frecuencias en cada una de las medidas. Dicho RT, lo obtiene de uno de los parámetros T10, T15, T20 o T30. Estudia cuál de estos cuatro parámetros ha tenido una mejor correlación en la medida, y lo multiplica por su factor correspondiente (6 para T10, 4 para T15, 3 para T20, 2 para T30), para obtener RT. En caso de que varios parámetros coincidan en cuanto a correlación,
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53
T30 será él escogido por el sistema para calcular RT. La Figura 32 muestra los resultados obtenidos.
RTmid Señal MLS Señal SWEEP
Caja Escénica Vacía 1.62 s 1.59 s
Caja con Cámara Grande 1.91 s 1.88 s
Desviación Estándar Señal MLS Señal SWEEP
Caja Escénica Vacía 0.08 0.10
Caja con Cámara Grande 0.07 0.07
Figura 32 Tabla con RTmid (s) y desviación estándar obtenidos para las dos configuraciones de recinto con las dos señales de excitación
Se aprecia como los resultados obtenidos mediante la señal SWEEP, son prácticamente idénticos a los de la señal MLS, siendo igualmente validos en el rango de 125Hz a 4kHz. La señal MLS da valores más altos de RT en la baja frecuencia. En el resto de bandas los resultados son prácticamente los mismos. La desviación estándar es ligeramente inferior en los resultados obtenidos mediante la señal MLS.
Valoramos, por tanto, los resultados obtenidos mediante la señal MLS, señal escogida como señal de referencia en cuanto a las mediciones in-situ.
Se obtiene un RTmid de 1.62 segundos para la configuración CAJA ESCENICA VACIA. En esta configuración se desarrollaran eventos del tipo conferencias o congresos, donde la inteligibilidad de la palabra es lo más importante. El valor es un poco alto, que no extraño, dado el gran volumen del recinto. Para este tipo de eventos se hará indispensable el uso del sistema de refuerzo sonoro, y así asegurar una buena inteligibilidad en toda la zona de audiencia. Para otros espectáculos con esta configuración pero de carácter musical, como puede ser una ópera; el sistema de refuerzo sonoro no estará funcionando y el RTmid obtenido se adecua mucho a las necesidades acústicas de este tipo de eventos musicales.
Para la configuración CON CAMARA GRANDE el RTmid obtenido es de 1.91 segundos. Es un tiempo de reverberación óptimo para espectáculos del tipo música de cámara o conciertos con orquesta sinfónica, donde se requiere una alta claridad musical.
A partir de este punto se construye el modelo geométrico del auditorio. Una vez construido y validado el modelo geométrico, se hará una comparación, de todos los parámetros acústicos a estudiar, entre los resultados obtenidos mediante las mediciones y los obtenidos por simulación en el modelo geométrico. En el capítulo 7 se presentan los resultados obtenidos de las mediciones in-situ, y se realiza una valoración de los mismos
54
55
5. MODELO GEOMÉTRICO
56
5.1. Creación de los recintos acústicos en EASE.
El modelo, comenzó a desarrollarse a partir de los planos del Auditorio, disponibles en su página web [5]. Se generó un archivo en dos dimensiones, con extensión “.dxf”. Este archivo contiene la planta de la platea del auditorio trazada con distintas líneas, que van configurando cada una de las filas de butacas de la platea. El archivo “.dxf” fue exportado a EASE. Automáticamente, las líneas de AutoCAD se transformaron en vértices o puntos en EASE. En primer lugar, se construyeron todas las superficies de la platea dando diferentes alturas a las distintas filas de butacas. Todos los nuevos vértices y superficies de vértices se añadieron en EASE de modo manual. Se continuó levantando la pared trasera, el anfiteatro, las paredes y palcos laterales, y los diferentes escenarios (vacío y con cámara acústica grande). Lo último que se generó fue el techo en forma de concha acústica. Ambos recintos comparten el modelo geométrico en toda la zona de audiencia. Solo difieren en la caja escénica y en las dos primeras filas de butacas de la platea. El resultado para la configuración CAJA ESCENICA VACIA es un recinto de 13963.97 m3, con una superficie efectiva de 6922.65 m2. Para la configuración CON CAMARA GRANDE se obtiene un recinto con un volumen de 11527.04 m3, con una superficie efectiva de 5139.87 m2.
Figura 33 Vistas externas del modelo geométrico desarrollado en EASE Configuración CAJA ESCENICA VACIA
57
Figura 34 Vistas interiores del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA
Figura 35 Vista externa del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CON CAMARA GRANDE
58
Figura 36 Diferentes vistas del modelo geométrico desarrollado en EASE. Configuración CON CÁMARA GRANDE
5.2 Asignación de Materiales Una vez construidos ambos recintos, se procede a la asignación de materiales de cada una de las superficies definidas. La zona de audiencia es la misma en los dos recintos, por lo que los materiales asignados a las superficies de esta zona serán las mismas. Los materiales de la caja escénica son diferentes en cada una de las configuraciones.
En primer lugar se definió en EASE un nuevo material con el nombre “Butacas.mat”, gracias a que el Auditorio contaba con la información acústica relativa a las mismas. Para el resto de superficies se asignaron, en un primer momento, materiales genéricos de la base de datos de EASE. A partir del material “Wood Grid 1” se generó un nuevo material, más acorde a las características del recinto, que se denominó “Madera Fórum”. Gran parte de la superficie del Auditorio es de la misma madera. El material
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“Madera Fórum”, fue el asignado a gran parte de la superficie del modelo geométrico (suelos de audiencia, suelo de escenario, paredes y techos). El material “Wood Grid 1”se utiliza para los interiores de los palcos laterales, donde ciertas superficies están cubiertas de listones. Las paredes laterales tienen asignado el material “MaderaFórum” en gran parte de su superficie, y el material “Paredes Laterales Audiencia” enla zona donde aparecen los listones color madera oscura. El material, “ParedesLaterales Audiencia”, se generó a partir del material genérico “Wood Grid 6”. Para el escenario en configuración Caja Escénica Vacía, se buscó un material absorbente para los telones. El material escogido fue “A: 20%”. En el caso de configuración con Cámara Grande, se definió un nuevo material “Madera Paredes Escenario” a partir del material “Wood Grid 6”; y se escogieron “Chpbrd16mm” y “PerfPanel2” paracaracterizar a las planchas acústicas instaladas dentro de la cámara grande.
Los materiales asignados a las distintas superficies se describen a continuación:
• Materiales comunes en ambas configuraciones
o MADERA FORUM: recubre la mayoría de la superficie de la zona de audiencia así como el suelo del escenario para ambas configuraciones. Ver Figura 37.
o BUTACAS. Ver Figura 37o PAREDES LATERALES AUDIENCIA: Asignado en las zonas de las
paredes laterales, que están recubiertas por listones de madera color rojizo.
o WOOD GRID 1: Rejilla de madera de 35/15mm sobre 2 cm de aire.
(a) (b)
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• Materiales configuración CAJA ESCENICA VACIA
o A=20%: Material genérico con un 20% de grado de absorción. Utilizado en los telones de la caja escénica. Figura 39.
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• Materiales configuración CON CAMARA GRANDE
o MADERA PAREDES ESCENARIO: Material asignado a las superficies de la “caja” que se monta dentro de la caja escénica. Figura 40a.
o CHPBRD16MM: Aglomerado 16 mm con 3cm de aire. Utilizado en la cara exterior de las conchas acústicas de la cámara grande, ubicada dentro de la caja escénica. Figura 40b.
o PERFPANEL2: Panel perforado 79%. 8”. Cavidad w/4”fg. Es la cara interior de las conchas acústicas de la cámara grande, ubicada dentro de la caja escénica. Figura 40c.
(a) (b)
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La asignación de los materiales en el modelo geométrico es un punto clave, ya que EASE calcula el RT (Eyring o Sabine) a partir de la geometría de la sala, y de los coeficientes de absorción de los distintos materiales que recubren las superficies.Para conseguir una buena aproximación en la simulación, con los datos obtenidos de la medición “in situ”, se utilizó la herramienta ‘Optimize RT’ dentro del módulo ‘EditProject’. La herramienta permite definir un RT como objetivo a conseguir (RT Target).Variando un material por otro, se visualiza automáticamente como afectara al RT esa variación. Jugando con distintos materiales, se pueden conseguir tiempos de reverberación en el modelo, muy parecidos a los medidos (que han sido configurados como RT a alcanzar, RT Target, en EASE). En el presente proyecto se ha utilizado la fórmula de Eyring para validar el modelo pese a tener unos coeficientes de absorción bastante bajos en general y tratarse de una sala ‘viva’ en términos de reverberación.
5.3 Validación del Modelo Geométrico.!Como puede observarse en las figuras 41 y 42, el tiempo de reverberación obtenido mediante Eyring en nuestro modelo geométrico (color azul) se ajusta mucho al tiempo de reverberación medido “in situ”, y que ha sido configurado como ‘target’ (objetivo) a alcanzar (color gris). Una vez realizada esta aproximación al RT buscado se procede avalidar el modelo geométrico.
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El modelo geométrico se valida con el parámetro RT de las medidas “in situ”. Para ello se comparan los resultados del RT obtenido de las medidas “in situ” (señal MLS), con el RT calculado en EASE mediante la fórmula de Eyring (teoría estadística). La norma establece un umbral diferencial de error, llamado JND (Just Noticeable Difference). Es decir, un JND, es el umbral de perceptibilidad de cuándo un parámetro ha cambiado de valor. A mayor diferencia con respecto a su valor inicial, mayor JND.
Para los parámetros de reverberación percibida, la norma define un JND como una variación del 5%, es decir, un error relativo del 5%. Indica además, que si se realiza unpromediado en frecuencia para obtener un valor único, se debe hacer sobre las bandas de 500 a 1000 Hz.
En la siguiente comparación se han estudiado los JND´s frecuencia a frecuencia para obtener una mejor visión. El resultado se muestra en la Figura 43.
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Observamos que, para ambas configuraciones del recinto, se obtienen valores por debajo de 1 JND (5%) en la gran mayoría de bandas de frecuencia. En la configuración con Cámara Grande hay un error más apreciable en alta frecuencia, a 8 y 10 kHz. De cualquier modo, para ambas configuraciones obtenemos un JND promedio, a 500 y 1000Hz, del 3%. Este valor, por debajo del 5% exigido por la norma, nos permite validar los dos modelos geométricos, el de configuración con Caja Escénica Vacía y el de Caja Escénica Con Cámara Grande.
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6. SIMULACIÓN
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Una vez en este punto y pese a haber dado como validados los modelos geométricos, se volverá a hacer una comparación entre el tiempo medido “in situ” y el tiempo de reverberación simulado, que esta vez no se hallará por Eyring, sino que será calculado por el método de Schroeder, mediante la integración inversa de la respuesta impulsiva. Como se ha comentado anteriormente, Eyring o Sabine, utilizan la geometría de la sala (volumen, superficie) y coeficiente de absorción medio para realizar los cálculos de RT. Schroeder, sin embargo, utiliza el método de la integración inversa de la respuesta al impulso, el mismo que utiliza el sistema de medición Dirac y que fue el utilizado durante las mediciones “in situ”. Por ello, se estima que el resultado mediante Schroeder debería ajustarse más a los resultados obtenidos mediante medición, que Eyring o Sabine.
Para hallar el RT mediante Schroeder, ubicamos en ambos modelos geométricos 15 asientos u oyentes, en los 15 puntos donde se colocaron las 15 posiciones de micrófono durante las mediciones. A su vez, configuramos dos posiciones de fuente, F1 y F2, en los mismos lugares donde se ubicaron para la realización de las medidas. La fuente utilizada en la simulación es el modelo genérico SPHERE, de carácter omnidireccional.
(a) (b)
Figura 45 Posiciones de las posiciones de oyentes y de fuentes para la obtención de las respuestas al impulso en cada posición. (a) CAJA ESCENICA VACIA. (b) CON CAMARA GRANDE
Mediante el módulo Aura Response se calculan las respuestas al impulso en cada una de las posiciones micrófono-fuente, obteniendo un total de 60 archivos “.rsp”, correspondientes a las respuestas al impulso en cada posición. Estas respuestas al impulso, o archivos “.rsp” serán estudiados mediante el módulo PROBE de EASE. Se obtienen los valores del Tiempo de Reverberación por Schroeder y se compararan con
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los resultados de las mediciones “in situ”. Se hará una comparación punto a punto y otra del valor promedio.
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Se estudia además el JND promedio en cada una de las posiciones micrófono-fuente y se muestran los resultados de manera gráfica para ambas configuraciones del recinto.
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Hay una clara disparidad entre los valores de RT estudiados; tanto cuando se analizan los valores promedio por bandas de frecuencia, como cuando se hace posición a posición. Pese a estimar que los valores deberían acercarse más a los valores medidos, ya que Schroeder y el sistema de medición Dirac utilizan el mismo método de cálculo, observamos que no sucede así, y la diferencia entre el RT Schroeder y el medido es apreciable en ambas configuraciones del recinto.
En la configuración CÁMARA GRANDE, en la mayoría de las posiciones micrófono-fuente, el error esta entre 2 y 4 JND´s. Sin embargo en la configuración CAJA ESCENICA VACÍA en casi todas las posiciones se superan los 4 JND´s.
El error promedio cometido, teniendo en cuenta que el valor promedio se obtiene de las bandas de 500 y 1000 Hz, es del 31% en el caso de Caja Escénica Vacía, y del 18% en el caso de Caja Escénica con Cámara Grande. Son unos resultados muy pobres que nada tienen que ver con la comparación entre el RT medido y el RT simulado por Eyring,donde los resultados eran prácticamente idénticos. Esto plantea el debate de si el RT es un buen parámetro acústico para validar un modelo geométrico. Si el RT medido se compara con RT simulado por Eyring, la aproximación es casi exacta, apenas sin error.Sin embargo, si se compara con el RT calculado por Schroeder; la aproximación queda muy distante, cometiendo un error superior al permitido por la norma ISO3382.
Realizamos el cálculo de otros parámetros acústicos por simulación, para luego compararlos con los resultados obtenidos de las mediciones “in situ” y ver así, si se alejan tanto como RT Schroeder, o por el contrario dan valores más próximos a los obtenidos en las mediciones “in-situ”.
La norma ISO3382 establece un conjunto de magnitudes acústicas o parámetros acústicos, que pueden obtenerse a partir de las medidas de las respuestas impulsivas, que están relacionados con los aspectos subjetivos particulares del carácter acústico de un auditorio. (2). Las magnitudes que la norma considera subjetivamente importantes, las agrupa en cinco grupos atendiendo al aspecto subjetivo del oyente que cuantifican. La Figura 50 muestra los cinco grupos definidos por la norma, así como los parámetros acústicos pertenecientes a cada uno de los grupos.
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69
Aspecto
subjetivo del oyente
Magnitud Acústica
Promediado en frecuencia de número único
(Hz)
Umbral diferencial
JND.
Rango típico
Nivel sonoro subjetivo
Fuerza sonora, G, en decibelios
500 a 1000 1 dB -2dB; +10dB
Reverberación percibida
Tiempo de reverberación
inicial (EDT) en segundos
500 a 1000 Rel. 5% 1.0 s: 3.0 s
Claridad del sonido
percibida
Claridad, C80, en dB
Definición, D50
Tiempo central, Ts, en
milisegundos
500 a 1000
500 a 1000
500 a 1000
1dB
0.05
10 ms
-5dB;+5dB
0.3;0.7
60ms; 260ms
Ancho aparente de la
fuente
Fracción de energía lateral precoz. (LF)
125 a 1000 0.05 0.05;0.35
Envolvente del oyente
Nivel sonoro lateral final, Lj, en
dB 125 a 1000 Desconocido 14dB;+1dB
Figura 50 Tabla del Anexo A de la NORMA ISO 3382-‐1: Magnitudes acústicas agrupadas según los aspectos del
oyente. (2)
La norma sugiere que en la presentación de resultados, obtenidos de las mediciones “in-situ”, se presenten también los resultados asociados a estas magnitudes; o al menos, de una magnitud de cada uno de los cinco grupos definidos. De esta forma se caracteriza de manera más precisa el carácter acústico del auditorio. Lamentablemente, no disponemos de una magnitud de cada uno de los grupos definidos. La magnitud Fuerza Sonora, G, del grupo Nivel Sonoro Subjetivo fue registrada durante las mediciones “in situ”. Sin embargo, no se ha podido procesar al no haber realizado una calibración completa del sistema de medida. Por ello se ha descartado esta magnitud. Dentro del grupo Reverberación percibida, se presentarán los resultados de EDT, Tiempo de Reverberación Inicial en segundos. Dentro del grupo Claridad del sonido percibida hay magnitudes que son bastante habituales en la presentación de resultados acústicos. En este proyecto se estudiaran Claridad C50 y C80, Definición D50 y magnitudes de
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inteligibilidad, STI y ALCONS (%). Del cuarto grupo, Ancho aparente de la fuente, estudiaremos los resultados obtenidos para la fracción de energía lateral. Para obteneresta magnitud, durante las mediciones “in-situ” es necesario disponer de un micrófono omnidireccional (como en el resto de parámetros) y de un micrófono bidireccional situado en la misma posición que el micrófono omnidireccional, pero con su patrón de directividad en forma de ocho orientado hacia los laterales y no hacia el frente. El software de medición Dirac se encarga de procesar las dos señales recogidas por los dos micrófonos para hallar el valor de LF. Del último grupo, Envolvente del Oyente, no sepresentan resultados. Añadiendo todas estas magnitudes a las ya estudiadas, como el RTmid, se obtendrá una mejor descripción del carácter acústico del recinto.
Todos estos parámetros acústicos han sido simulados en EASE para continuar con la comparación de resultados medidos “in-situ” vs resultados simulados en el modelo geométrico. Para la simulación, se ha utilizado la herramienta Aura Mapping 3D, dentro del módulo AURA. Las 15 posiciones de los oyentes y las 2 posiciones de fuente vuelven a ser las mismas que se configuraron previamente. En la herramienta AuraMapping 3D, en la ventana ‘Calculation’ se escogieron las siguientes opciones: Particles: ‘Normal Resolution’, Length (ms): Long, Default Value (%) for Surfaces without Scattering Data: ‘Slightly Structured Surfaces’, Number of Calculations Threads: ‘8’. El ruido de fondo, ya configurado previamente, también se tuvo en cuenta durante la simulación.
A continuación se muestran, de manera gráfica, las comparaciones de los resultados obtenidos mediante medición “in-situ” con los obtenidos mediante simulación.
6.1 EDT. Caja Escénica Vacía!
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Hay una gran diferencia entre los resultados simulados frente a los medidos “in situ”.Excepcionalmente, en alta frecuencia, los resultados se aproximan un poco más. El error
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6.2 EDT. Cámara Grande.!
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El error promedio para la configuración Con Cámara Grande ha sido del 20%. Mejora un poco frente a la otra configuración, pero sigue estando lejos de lo permitido por la norma. Se han estudiado además las diferencias punto a punto entre simulación y mediciones “in situ”. Para ambas configuraciones del recinto, las diferencias entre los valores han sido muy grandes. En Caja Escénica Vacía en todas las posiciones se superaban los 4 JND. En Caja Escénica Con Cámara Grande únicamente tres posiciones estaban por debajo de 2 JND; la gran mayoría de posiciones alcanzaban entre 3 y 4 JND de diferencia
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6.4 Definición D50. Cámara Grande.!
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Los resultados mejoran notablemente en el parámetro Definición, D50. En general, se obtienen valores D50 más bajos en simulación que en medición. Para este parámetro la norma establece 1 JND en 0,05. En el caso de Caja Escénica Vacía obtenemos una diferencia de 0.14, es decir, casi 3 JND. Sin embargo, para Caja Escénica con Cámara
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Grande esta diferencia es de sólo 1 JND. Esta simulación en Cámara Grande puede darse como válida ya que el error obtenido no supera el indicado por la norma.
Comparando en cada punto de medida los resultados simulados frente a los medidos, vemos como no hay demasiada relación entre ellos. Sin embargo, y sobre todo para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande, la comparación de los valores promedio es más aproximada como acabamos de comprobar.
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6.5 Claridad C50. Caja Escénica Vacía.!
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Para los parámetros C50 y C80, magnitudes del grupo Claridad del sonido percibida, el JND que establece la norma es de 1dB para el promediado en frecuencia de 500 a 1000 Hz. En configuración con Caja Escénica Vacía el JND promedio es de 2.59 dB, es decir, entre 2 y 3 JND. Puede observarse aquí la relación del C50 con la Definición D50.. De un parámetro puede calcularse el otro y viceversa; de ahí, la similitud de sus gráficas.
6.6 Claridad C50. Cámara Grande.!
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Para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande se obtiene un JND promedio de 1.50 dB, es decir 1.5 JND. De nuevo, mejora la comparación de resultados para la configuración con Cámara Grande, ahora bien, sin llegar a cumplir con lo establecido por la norma.
El estudio comparativo realizado posición a posición muestra también esta desviación entre resultados simulados y medidos “in-situ”. Solamente en dos posiciones micrófono-fuente se obtienen resultados deseados, acorde a la noma (por debajo de 1 dB).
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De nuevo, los resultados se aproximan más en la Configuración Caja Escénica con Cámara Grande, pero sin llegar a alcanzar los valores deseados.
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6.8 Claridad C80. Cámara Grande.!
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El parámetro simulado C80, en configuración Caja Escénica Con Cámara Grande, se ajusta muy bien con los resultados obtenidos de las mediciones “in situ”. En las bandas de 500 y 4000 Hz los valores simulados son casi idénticos a los medidos “in situ”. En baja frecuencia la diferencia es más notable. Para la configuración Caja Escénica Vacía,
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la comparación muestra mayor diferencia entre simulación y medición, aunque no con tanta desviación como presentaban otros parámetros estudiados anteriormente.
El JND establecido por la norma para el parámetro de claridad C80 es también de 1 dB. Para la configuración Caja Escénica Vacía, el error promedio es de 2.88 dB. Se aleja en 2.8 JND de los resultados de las mediciones “in situ”. Para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande el error promedio es de 0.61 dB. Eso supone un error menor a 1 JND y por lo tanto, la aproximación podría considerarse como correcta. De los parámetros estudiados hasta el momento por simulación, es la segunda vez que alguno de ellos cumple con los límites establecidos por la norma, en cuanto al umbral diferencial. El primero fue D50 para la configuración de Cámara Grande.
Se muestran gráficamente los JND estudiados en cada una de las posiciones micrófono-fuente. Se observa una mayor aproximación que en otros parámetros acústicos, pero de manera insuficiente. Para la configuración Caja Escénica Vacía, la mitad de las posiciones superan los 3 JND´s. Para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande, la gran mayoría de posiciones tienen un error JND de entre 1 y 2 dB, situándose el error promedio por debajo de 1 dB.
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78
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
ALCONS (%)
5.00
7.00
9.00
11.00
13.00
15.00
ALCONS (%)
6.9. STI y ALCONS (%). Caja Escénica Vacía.
Figura 66 Índice STI obtenido mediante medición señal MLS (color azul), y señal SWEEP (color naranja); y mediante simulación en EASE (color gris). Configuración CAJA ESCENICA VACIA
Se ha incluido aquí el resultado obtenido de las mediciones in-situ, utilizando la señal SWEEP como señal de excitación. Se comprueba, de nuevo, la escasa diferencia con los resultados obtenidos mediante MLS. En configuración Caja Escénica Vacía se obtiene un STI medido de 0.59 (0.58 para señal SWEEP), mientras que el STI simulado es de 0.49. La norma no habla de JND para los parámetros STI y ALCONS (%). Siendo críticos, la aproximación vuelve a no ser buena. El parámetro STI alcanza valores entre 0 y 1. Una diferencia de 0,1 supone un 10% de error, que es un error considerable. El parámetro ALCONS (%) medido alcanza el valor 8.46 (8.70 para señal SWEEP), mientras que el simulado llega hasta 12.10. Aquí el error es aún mayor que para STI.
6.10 STI y ALCONS (%). Cámara Grande.
Figura 67 Índice STI obtenido mediante medición señal MLS (color azul), y señal SWEEP (color naranja); y mediante simulación en EASE (color gris). Configuración CON CAMARA GRANDE
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
STI
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
STI
79
Se obtiene, de nuevo, una mejor aproximación en la configuración de Caja Escénica con Cámara Grande. Para esta configuración se obtiene un STI medido de 0.49 (0.49 con señal SWEEP) y un STI simulado de 0.45. El error cometido aquí es menor, del 4%, y podría considerarse de nuevo como una muy buena aproximación.
El parámetro ALCONS (%) medido toma el valor de 14.04 (14.51 con señal SWEEP), y el simulado por EASE alcanza el valor de 14.86. Se obtiene aquí una muy buena aproximación, cometiendo un error inferior al 1%
6.11 LF. Caja Escénica Vacía.
Figura 68 Comparación LF obtenido mediante medición “in-‐situ” (color rojo) y mediante simulación en EASE (color azul). Configuración CAJA ESCENICA VACIA
Los valores obtenidos por simulación son menores que los obtenidos de las mediciones “in situ”. Se obtiene por tanto una mayor cantidad de energía lateral en la medición “in situ” que en la simulación. La diferencia establecida por la norma como 1 JND, equivale en este parámetro a una desviación de 0.05. Para la configuración Caja Escénica Vacía esta desviación toma el valor de 0.40, es decir, 8 JND. Es curioso el pico obtenido en la frecuencia de 250 Hz. Para esta banda de frecuencias, la energía lateral es sensiblemente mayor que para el resto. Esto significa, que para 250 Hz, hay muchas reflexiones en las paredes laterales, las cuales no se muestran absorbentes para esta frecuencia.
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
80
6.12 LF. Cámara Grande.
Figura 69 Comparación LF obtenido mediante medición (color rojo) y mediante simulación en EASE (color azul). Configuración CAJA CAMARA GRANDE
Lo mismo ocurre para la configuración Caja Escénica Con Cámara Grande. Se vuelve a obtener por simulación una fracción de energía lateral menor a la que se midió “in situ”. También aparece en esta configuración lo mencionado anteriormente respecto al pico de energía lateral a la banda de 250 Hz. La desviación en este caso ha sido de 0.44, equivalente a 8.8 JND. No se incluyen las gráficas del error cometido punto a punto, ya que las gráficas anteriores muestran perfectamente que tal desviación en la comparación no va a permitir cumplir con las exigencias de la norma. La valoración general a la que se concluye, tras la comparación de resultados medidos frente a simulados, es poco satisfactoria. Casi todos los parámetros acústicos ofrecen unos valores simulados muy alejados de los obtenidos de las mediciones “in situ”. Pese a haber validado el modelo geométrico ajustando el RT medido con el RT Eyring, los resultados ofrecidos por simulación, que utilizan los recursos Aura Response y Aura Mapping del módulo AURA, no se ajustan a los valores medidos “in situ”, salvo en casos muy concretos. En general todos los parámetros acústicos simulados ofrecen valores más bajos, en comparación con los medidos “in situ”.
Se plantea aquí la duda de si el modelo geométrico esta validado correctamente. No tiene mucho sentido pensar en una buena validación, cuando el único parámetro que se ajusta a los resultados medidos es el RT simulado por Eyring (estadística). Otra cuestión a plantear en este punto es si RT es un buen parámetro para validar un modelo geométrico. La finalidad del modelo geométrico es poder predecir el comportamiento acústico en el recinto, cuando se utiliza en él un sistema de refuerzo sonoro. Un modelo geométrico
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
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125
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1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10000
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validado de manera óptima, permite realizar estas predicciones, evitando la labor de realizar medidas “in situ”. Además, en el auditorio sometido a estudio hay instalado un sistema de refuerzo sonoro, de tipo distribuido, que es utilizado en gran número de eventos desarrollados, y por lo tanto, juega un papel determinante en el comportamiento acústico del recinto.
6.13 Comparación Respuestas al Impulso y ETC simulado vs medido.
En este apartado se realiza una comparación entre las respuestas al impulso medidas y las simuladas. También se comparan las curvas energía tiempo medidas con las simuladas. Dirac obtuvo todos los valores de los parámetros acústicos a partir de la respuesta al impulso y de la curva energía tiempo. Vamos a comparar gráficamente, en puntos aleatorios del recinto, cuanta similitud ofrecen tanto las respuestas al impulso, como las curvas energía-tiempo medidas “in situ”, frente a las simuladas.
Curva ETC medida vs simulada. Escenario Vacío. F1M3
(a)
(b)
Figura 70 Comparación Curva ETC obtenida en medición “in situ”(a) y obtenida por simulación (b) en el punto F1M3 Configuración CAJA ESCENICA VACIA
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Curva ETC medida vs simulada. Cámara Grande. F2M5
(a)
(b)
Figura 71 Comparación Curva ETC obtenida en medición “in situ”(a) y obtenida por simulación (b) en el punto F2M5 Configuración CON CÁMARA GRANDE
En los dos puntos escogidos aleatoriamente observamos similitudes. En los primeros instantes de tiempo la curva ETC simulada y la medida se parecen bastante. Ahora bien, a partir de 500 ms aproximadamente, se mantiene una buena similitud pero en la versión simulada aparecen subidas repentinas de nivel, picos, que no están en la curva ETC de las mediciones “in situ”. Es en estos picos de señal, producidos por diferentes reflexiones, donde se halla la diferencia entre la medida real y la simulada. A continuación realizamos la misma comparación pero para la respuesta al impulso
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Respuesta al impulso medida vs simulada. Escenario Vacío. F1M6
Figura 72 Comparación de la Respuesta al Impulso obtenida de las medidas "in situ" (a) y obtenida mediante simulación (b) en el punto F1M6. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA
Respuesta al impulso medida vs simulada. Cámara Grande F2M9
Figura 73 Comparación de la Respuesta al Impulso obtenida de las medidas "in situ" (a) y obtenida mediante simulación (b) en el punto F2M9. Configuración CON CÁMARA GRANDE
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Pese a no estar exactamente ajustados los ejes horizontales en ambas imágenes a comparar, las rejillas de ambas fotografías muestran el mismo intervalo de tiempo, y puede hacerse la comparación. Al igual que con las curvas ETC, en los primeros instantes de tiempo, correspondientes a sonido directo y primeras reflexiones, se aprecia una gran similitud entre resultados simulados y medidos. Sin embargo, a partir de 50 ms aproximadamente, comienzan a observar de nuevo picos de nivel en la respuesta simulada; que no aparecen en la respuesta medida.
Por lo tanto, podemos concluir que es lógico obtener los resultados obtenidos en simulación, dada la comparación de respuestas al impulso y curvas ETC medidas frente a simuladas. Ciertos parámetros, como D50, C50, C80, se ajustan mejor que otros como LF o EDT, ya que utilizan la energía de los primeros instantes de tiempo para su cálculo. Aunque después se notan diferencias entre medida real y simulado, los primeros instantes de tiempo son muy similares, haciendo que los parámetros que consideran la energía en esos intervalos de tiempo, tengan una mejor aproximación con los resultados hallados por simulación.
6.14 Modificaciones en el modelo geométrico para su optimización.
La construcción del auditorio tiene una particularidad. En un principio, el volumen del auditorio iba a ser mayor. Finalmente se decidió reducir este volumen, bajando la altura del techo del auditorio, formado por tres grandes conchas acústicas. De este modo, las conchas acústicas se convierten en un falso techo. La distancia entre las conchas acústicas y el techo real del recinto es de unos 6 metros, por lo que encima del auditorio se ubica otro recinto, que no se ve y aparentemente no está, y que puede estar acoplado acústicamente con nuestro recinto e influir en el comportamiento acústico del mismo. En la construcción del modelo geométrico, se decidió prescindir de este recinto vecino, suponiendo que no existía acoplamiento acústico entre ambos. De igual modo, en el modelo geométrico configuración Caja Escénica con Cámara Grande, la Cámara Grande que se monta dentro de la caja escénica tiene un acoplamiento acústico con el resto de la misma; y sin embargo, en el modelo geométrico desarrollado, no se ha tenido en cuenta. Aun así, la transferencia de energía entre estos recintos acoplados no resulta del todo determinante para modificiar, de manera considerable, el RT global obtenido. (10). Por lo tanto, el camino a seguir será el de la re-distribución de los materiales.
Los resultados de RT simulados mediante AURA han ofrecido valores más altos que los obtenidos por medición “in situ”. Para conseguir una validación óptima del modelo geométrico, los parámetros acústicos simulados deberían reducir sus valores. Si se realiza la modificación explicada, se generaría un recinto con mayor volumen, y por tanto con mayor tiempo de reverberación. Se busca justo lo contrario, con lo que la asignación de materiales en las nuevas superficies desarrolladas, así como una nueva revisión sobre los materiales ya asignados en el primer modelo geométrico, serán de
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gran determinación para poder obtener un modelo geométrico que se asemeje lo más posible a la realidad.
Además tras hacer las comparaciones de las respuestas al impulso y las curvas ETC, simuladas frente a medidas reales, observamos como lo que sucede en los primeros instantes de tiempo se parece bastante en las dos. Es decir, el sonido directo y las primeras reflexiones en el modelo geométrico se comportan de una manera similar a lo que ocurre en las medidas reales. Es a partir de 50 ms aproximadamente cuando esta similitud comienza a empeorar. Por lo tanto, son las reflexiones más tardías las que están provocando que no haya gran similitud entre los datos simulados y los medidos. Además, estudiando las gráficas de LF, se observa como hay más incidencia lateral de energía de lo que suele ser recomendado. Esto puede ser un indicativo de que las paredes laterales están reflejando mucha de la energía que les llega. Estas paredes laterales, con sus recubrimientos de listones de madera, pueden ser un buen punto de inicio para la redistribución de materiales. Igualmente, aunque la madera de las superficies del recinto será muy parecida en cuanto a propiedades acústicas, se puede hacer un estudio más exhaustivo del tipo de madera concreta que conforma el suelo, techo, etc.; para hacer una mejor distinción entre tipos de madera.
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87
7. RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS MEDICIONES “IN SITU”
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En el siguiente apartado, se muestran los resultados obtenidos de las mediciones “in situ”, referentes a todos los parámetros acústicos estudiados, para los dos tipos de configuración del recinto. Se muestran los valores medios, promediados en frecuencia como indica la norma. Los resultados obtenidos de las mediciones “in situ”, de todos los parámetros en bandas de tercios de octava, se incluyen en el CD adjunto a esta memoria de proyecto.
7.1 VALORACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS:
7.1.1 Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA
CAJA ESCÉNICA
VACÍA
RT
(s)
EDT
(s)
D50
(-)
C50
(dB)
C80
(dB)
STI
(-) ALCONS
(%)
LF
(-)
Valor 1.62 1.61 0.52 1.23 2.24 0.59 8.46 0.55
Desviación Estándar 0.08 0.27 0.14 2.6 3.01 0.04 2.57 0.26
Rango típico 1-3 1-3 0.3-0.7
Mayor de 2 dB
-4 a 0 dB (sin gente)
0-1 Menos de 10 %
0.05-0.35
¿Valido? SI SI SI NO NO SI SI SI
Figura 74 Tabla con los valores de los parámetros acústicos estudiados en Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA
El RT obtenido para la configuración Caja Escénica Vacía es de 1.62 segundos. EDT tiene un valor muy parecido, 1.61 segundos. Es un valor dentro del rango típico de valores del RT, pero que excede un poco los valores recomendados para eventos donde la inteligibilidad de la palabra y la comprensión del mensaje oral, es lo más importante. Para estas situaciones se recomiendan valores entre 0,8 y 1,2 segundos. Esta desviación del valor ideal también es mostrada por los parámetros asociados a la claridad de sonido percibida. Valores óptimos de Definición, D50, son aquellos que se encuentran entre 0,5 y 1. Igualmente, la claridad C50, se recomienda que esté por encima de los 2 dB. En nuestro estudio, D50 toma un valor aceptable y C50 se aleja un poco de lo recomendado. Igualmente los parámetros de inteligibilidad STI y ALCONS (%) ofrecen unos resultados que podrían valorarse subjetivamente como aceptables, sin llegar a ser excelentes. El parámetro de claridad C80 no se valora para configuraciones de este tipo ya que es un parámetro de claridad musical. En cuanto a LF, fracción de energía lateral, vemos como el valor obtenido, 0.55, se encuentra por encima del rango típico. Este valor muestra que hay mucha energía lateral que llega a la audiencia, generando gran sensación de envolvente por parte de la fuente sonora. Podemos valorar
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los resultados obtenidos en este tipo de configuración como aceptables, pero de manera muy ajustada. Sin embargo, debemos valorar que durante el desarrollo de este tipo de eventos se pondrá en funcionamiento el sistema de refuerzo sonoro. Este hecho, junto con la absorción extra aportada por la audiencia, hará que se produzca una pequeña mejora en los resultados obtenidos. Otro tipo de eventos, como una ópera, pueden ser desarrollados en esta configuración de Caja Escénica Vacía. En este caso la caja Escénica estará vacía pero con el decorado de la obra. Se sacrifican las primeras filas de butacas para disponer de un foso de orquesta. Para una ópera, no se utilizara el sistema de refuerzo sonoro y un valor de RT, que puede quedar próximo a 1,5 con la absorción extra de la audiencia, es un valor óptimo para este tipo de representaciones.
7.1.2 Configuración CON CAMARA GRANDE
CON CÁMARA GRANDE
RT
(s)
EDT
(s)
D50
(-)
C50
(dB)
C80
(dB)
STI
(-) ALCONS
(%)
LF
(-)
Valor 1.91 2.10 0.34 -2.38 -1.19 0.49 14.04 0.56
Desviación Estándar 0.06 0.27 0.12 2.4 2.5 0.03 2.5 0.26
Rango típico 1-3 1-3 0.3-0.7
Mayor de 2 dB
-4 a 0 dB (sin
gente) 0-1 Menos de
10% 0.05-0.35
¿Valido? SI SI SI NO SI SI NO SI
Figura 75 -‐ Tabla con los valores de los parámetros acústicos estudiados en Configuración CON CÁMARA GRANDE
El RT obtenido para la configuración Caja Escénica con Cámara Grande es de 1.91 segundos. EDT tiene un valor sensiblemente más alto, 2.10 segundos. Esto significa que la reverberación percibida por la audiencia será ligeramente superior a la indicada por el tiempo de reverberación. Es un valor dentro del rango típico de valores del RT, y que encaja perfectamente con los valores recomendados para eventos musicales. El parámetro de claridad musical C80 toma el valor de -1.19 dB. Esta dentro del rango típico de valores cuando las medidas se han realizado sin público en el recinto, y muestra una buena claridad musical para esta configuración. Esto se traduce en una clara identificación de los distintos instrumentos que conforman una orquesta. No tiene sentido evaluar aquí los parámetros D50 y C50; ya que estudian la inteligibilidad de la palabra. Aun así, y como cabe esperar, ya que RT es mayor en configuración con Cámara Grande, los resultados relativos a la inteligibilidad de la palabra son peores en esta configuración que en la anterior. Esto también se observa con los parámetros STI y
90
ALCONS (%). Ambos ofrecen peores resultados que en la configuración anterior, generando una valoración subjetiva pobre en cuanto a inteligibilidad. En cuanto a la Eficiencia Lateral el resultado es muy parecido en las dos configuraciones (0.55 y 0.56). Dado que los cambios en la configuración acústica se producen sobre la caja escénica y no sobre la zona de audiencia, en esta zona, se mantiene el valor de la fracción de energía lateral. Normalmente, con esta configuración del recinto, no se utilizara el sistema de refuerzo sonoro ubicado en la sala. Igual que en el caso anterior, la presencia de público en el recinto generará mayor absorción en la sala que, modificará, para mejor, los resultados obtenidos. De esta manera, podemos valorar como bueno el comportamiento acústico de la sala en configuración con Cámara Grande para el desarrollo de eventos musicales, sin amplificación, como conciertos de orquesta sinfónica con grandes coros. Para conciertos de música de cámara el auditorio cuenta con una configuración alternativa. La cámara grande puede hacerse cámara pequeña, eliminando uno de los tres paneles de la concha acústica que conforma la cámara grande y acercando la pared trasera hacia adelante. De esta manera se pasa de Cámara Grande a Cámara Pequeña, reduciendo el volumen de la misma y reduciendo el RT. Con esta configuración se consiguen mejores condiciones acústicas para conciertos del tipo música de cámara. No se han realizado mediciones para configuración con Cámara Pequeña pero todo indica que así será.
91
8. CONCLUSIONES
92
A continuación se exponen las conclusiones más importantes, organizadas según los distintos apartados que conforman el proyecto.
8.1. Medidas “in situ” A la hora de realizar las medidas “in situ”, se emplearon dos señales distintas como señales de excitación. Estas señales fueron la señal MLS y la señal SWEEP. El utilizar dos señales de excitación incrementa el tiempo empleado en la realización de las medidas y no hay una diferencia notable en los resultados obtenidos con una u otra señal. En nuestro caso, hubo que repetir varias medidas cuando la señal MLS era la señal de excitación, ya que no superaba, en ciertas bandas de frecuencia, el mínimo de 35 dB para el parámetro INR. Esto hizo pensar en el uso de la señal SWEEP como señal de referencia del proyecto. Sin embargo, realizando el promediado INR en todos los puntos de media, se obtuvieron mejores valores INR para la señal MLS en las frecuencias medias, que son las utilizadas para dar valores únicos como resultados finales (a frecuencias altas respondía mejor la señal SWEEP). Por este motivo y porque además, la desviación estándar era menor cuando utilizábamos la señal MLS, se decidió utilizar la señal MLS como señal de referencia.
El uso de dos señales de excitación tiene un carácter didáctico importante para conocer la diferencia entre ambas y posibilita la comparación de resultados. Sin embargo, los resultados obtenidos con una u otra señal de excitación son muy similares, haciendo posible realizar mediciones “in situ” utilizando únicamente una señal de excitación y comprobando, eso sí, que todas las medidas cumplen con el parámetro INR. De esta manera, se optimizará el tiempo empleado en las mediciones “in situ” y se seguirá cumpliendo con la norma UNE-EN ISO 3382-1:2010, que permite la elección de una u otra señal, como señal de excitación.
8.2. Proceso estadístico. Exclusión de datos. Es muy importante conocer algún proceso de exclusión de datos para así obtener unos resultados más precisos. El método de Chauvenet es muy sencillo de entender y aplicar, y por eso fue empleado en el presente proyecto. Además el hecho de aplicar un método de exclusión de datos, permite la realización de un menor número de medidas “in situ”; mientras se mantenga una buena cobertura espacial del espacio a evaluar. Se empleará menor tiempo en las medidas “in situ”, pero mayor tiempo en la localización de datos anómalos. Por el contrario, y como se explica en el apartado 1.3, si se realizan muchas mediciones, no hará falta descartar ningún dato anómalo, ya que estará dentro de los resultados esperados.
93
8.3. Tratamiento de hojas de cálculo EXCEL El realizar un gran número de medidas con un gran número de variables, afecta a la carga de trabajo relativa al estudio de datos obtenidos. Un alto porcentaje del tiempo empleado en este proyecto ha ido a parar al manejo de las 960 hojas de cálculo obtenidas de las mediciones “in situ”. Para futuros estudios acústicos basados con el software Dirac, se plantea la posibilidad de desarrollar un software capaz de procesar hojas de cálculo Excel, y obtener de cada medida en una posición micrófono-fuente, el parámetro acústico a estudiar, para reunirlos todos en una tabla y comenzar así con el proceso estadístico de los datos. Siendo Dirac un software tan utilizado en este campo de trabajo, el desarrollo del mencionado software para procesar hojas de cálculo, agilizaría enormemente el tiempo estimado para la realización de un proyecto acústico de este tipo.
8.4. Ruido de fondo. El ruido de fondo presente en el recinto es extremadamente bajo. Cumple perfectamente con las condiciones impuestas a este tipo de recintos dedicados a diversos espectáculos. Como se comentó en el apartado 4.11, el ruido de fondo se encuentra entre las curvas NC recomendadas NC-15 y NC-25.
Sorprende un poco que con un nivel de ruido de fondo tan bajo, parámetros acústicos de inteligibilidad, que tienen en cuenta el nivel de ruido para realizar sus cálculos, obtengan resultados aceptables en lugar de excelentes. El ruido de fondo juega un papel importante para la definición o la inteligibilidad de la palabra. El hecho de presentar unos niveles de ruido tan bajos, debería generar valores de inteligibilidad muy buenos. Ahora bien, estamos ante un recinto grande donde el tiempo de reverberación es algo elevado. Este motivo es el que implica que parámetros como STI o ALCONS (%) no alcancen valores excelentes, a pesar de un nivel de ruido de fondo muy bajo.
8.5. Modelo Geométrico. Simulación. La construcción del modelo geométrico se ha desarrollado sin problema desde el inicio gracias a que se disponía de los planos del Auditorio. Se realizó una exportación de la planta del auditorio desde AutoCAD a EASE, para continuar en este último el desarrollo del modelo. A pesar de todo, el desarrollo desde EASE ha sido costoso dado la construcción punto a punto del resto del recinto. Un buen manejo de algún programa CAD, como el mencionado AutoCAD, ofrecería muchas posibilidades a la hora de desarrollar el modelo geométrico en este tipo de programas, para luego exportarlo directamente a EASE.
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La obtención de un modelo geométrico que reproduzca fielmente el comportamiento acústico tal y como sucede en el recinto real, es tarea difícil. Como hemos comprobado en el presente proyecto una buena validación a través de los tiempos de reverberación de Eyring o de Sabine, no aseguran una completa validación del modelo, ya que, a la hora de calcular parámetros acústicos a través de respuestas impulsivas en diferentes puntos de la sala, los resultados se alejan. Por otro lado, RT es el único parámetro que tenemos para poder validar el modelo con EASE. Por ello, debe considerarse como una muy buena aproximación pero no definitiva. Se puede ajustar el modelo por Eyring o Sabine en un primer momento, teniendo en cuenta que, a posteriori, es muy probable que haya que modificarlo en cuanto a distribución de materiales principalmente. La figura 76 muestra los tiempos de reverberación simulados en EASE en la posición F1M3 para la configuración de Caja Escénica Vacía. El tiempo de reverberación calculado por Sabine se aproxima más a Schroeder que el calculado por Eyring, salvo en alta frecuencia. La diferencia, aun así, entre cualquiera de los RT calculado estadísticamente y el RT calculado desde la respuesta impulsiva, es notable.
Figura 76 Tiempos de Reverberación calculados en EASE mediante Eyring (rojo), Sabine (verde) y Schroeder (Azul). Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA. Punto F1M3.
95
8.6. Resultados obtenidos de las mediciones “in situ”
Los resultados obtenidos de las mediciones “in situ” muestran claramente las diferencias acústicas entre configuración Caja Escénica Vacía y Caja Con Cámara Grande. El hecho de que el recinto disponga de elementos acústicos variables, dota al mismo de una gran versatilidad para desarrollar eventos de diferente categoría. Como suponíamos de antemano, con la configuración en Cámara Grande se obtienen tiempos RT mayores que harán más confortable la escucha musical por parte de la audiencia. Esta misma cámara también es muy importante para los músicos que se encuentren en el escenario, ya que les proporciona primeras reflexiones, dotando al escenario de un mayor confort acústico. Para la configuración Caja Escénica Vacía se obtienen valores ligeramente superiores a los recomendados pero que funcionan perfectamente para espectáculos como una ópera, donde el sistema de refuerzo sonoro no será utilizado. En otros eventos, donde la voz tenga el protagonismo principal, el sistema de refuerzo sonoro proporcionará, de manera indispensable, una mejora en la inteligibilidad de la palabra y el entendimiento del mensaje oral.
A continuación se presenta una tabla con los valores de los parámetros acústicos correspondientes a diferentes recintos y auditorios de condiciones similares al sometido a estudio en el presente proyecto, en términos de aforo y volumen. Los datos han sido recogidos del libro “Concert Halls and Opera Hausas” de Leo Beranek. El libro data de 1996. En esos tiempos, las butacas instaladas en los auditorios no tenían tanto grado de absorción como las de hoy en día; por eso, que la diferencia de valores, entre sala ocupada y sala vacía, es más notable que en Auditorios más modernos, como el Auditorio Rafael Frühbeck de Burgos, construido en 2012. Además los recintos consultados suelen dedicarse a un único fin (orquesta sinfónica) y no suelen desarrollarse en ellos, otro tipo de eventos.
96
Auditorio Número de Asientos
Volumen (m3 )
RTmid sin
publico
RTmid con
publico EDTmid sin publico
Auditorio Nacional de
Música, Madrid
2293 20000 2.10 s 1.74 s 2.06 s
Palau de la música, Valencia
1790 15400 3.17 s 2.05 s 2.96 s
Grosser Tonhallesaal,
Zúrich 2163 11400 3.18 s 2.05 s 3.12 s
Mechanics Hall,
Worcester 1343 10760 2.15 s 1.55 s 2.15 s
Symphony Hall, Boston
2625 8750 2.52 s 1.90 s 2.37 s
Rafael Frühbeck,
Burgos ESCENARIO VACIO
1371 12000 1.62 s - 1.61 s
Rafael Frühbeck,
Burgos CAMARA GRANDE
1371 12000 1.92 s - 2.10 s
Figura 77 Tabla con valores RT de recintos similares en volumen y aforo al estudiado en este proyecto (BERANEK, 2004)
8.7. Perspectiva de investigación futura.
El presente proyecto sienta las bases para un estudio acústico más a fondo del Auditorio Rafael Frühbeck de Burgos. Se han realizado medidas “in situ” con dos de las múltiples configuraciones acústicas que permite el recinto. De esta manera conocemos el tiempo de reverberación y otros parámetros acústicos que definen el comportamiento acústico del mismo. Es muy importante para todo el equipo técnico que trabaja en el recinto, en concreto para el equipo técnico de sonido, conocer cómo se comporta acústicamente el recinto, para tomar mejores decisiones a la hora de configurar el recinto para distintos tipo de eventos.
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En el presente proyecto también se ha desarrollado un modelo geométrico que, revisado y validado de un modo más preciso, se convierte en una herramienta de simulación de gran utilidad. Para mejorarlo, se debe hacer una redistribución de los materiales, atendiendo sobre todo a los ubicados en las paredes laterales y techos. Como se ha comprobado en la simulación, son las reflexiones tardías las que provocan las diferencias entre resultados simulados y medidos. Revisando las superficies laterales y techos, ajustando todavía más los coeficientes de absorción y realizando un estudio de tiempos de llegada de reflexiones tardías, se conseguirá un mayor ajuste en el modelo geométrico. Gracias al modelo geométrico podrán realizarse simulaciones acústicas del resto de configuraciones acústicas que ofrece el auditorio. De este modo y sin necesidad de realizar mediciones “in situ” podrá predecirse con un alto grado de fiabilidad, el comportamiento acústico del recinto para otras configuraciones.
Para la realización de nuevos estudios acústicos, donde se realicen medidas “in situ”, el desarrollo de un programa capaz de manejar ficheros Excel se convierte en algo muy relevante. Dado que el número de datos a procesar es denso, el desarrollo de una aplicación de este tipo, reduciría el tiempo empleado en el procesado de datos; para dejar así más tiempo al modelo geométrico, que como hemos visto, es una tarea más ardua y complicada.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Jaume Segura, Salvador Cerdá, Rosa Mª Cibrian Salvador, Alicia Gimenez, José Romero. Analisis de la respuesta subjetiva en auralizaciones de salas con diferentes valores de calidad acustica (Sab). 2013.
2. ISO. EN ISO 3382-‐1 Medición de parámetros acústicos en recintos. Parte 1: Salas de Espectáculos. 2010.
3. Marina Topa, Norbert Toma, Botond Kirei, Iona Crisan. Evaluation of Acoustic Parameters in a Room. Cluj-‐Napoca : s.n.
4. Perez, Elena Burdiel. Estudio Acústico de la sala 1 de los cines Kinépolis. Madrid : s.n., 2014.
5. Ferrer, Albert G. Digón y Pepe. Configuración y Ajustes de Sistemas de Sonido. s.l. : Altaria, 2015.
6. Taylor, John R. El estudio de las incertidumbres en las medidas fisicas. s.l. : Reverte.
7. Web Forum Evolución Burgos. [En línea] [Citado el: 12 de Mayo de 2015.] http://www.forumevolucion.es/el-‐edificio/espacios/auditorio.
8. Microphone Data. [En línea] [Citado el: 12 de Mayo de 2015.] http://microphone-‐data.com/microphones/ck92/.
9. EASE. Pagina oficial de EASE. [En línea] [Citado el: 12 de Julio de 2015.] http://ease.afmg.eu/.
10. Isbert, Antoni Carrion. Diseño Acustico de Espacios Arquitectónicos. s.l. : EDICIONES UPC, 1998.
100
101
ANEXOS
102
ANEXO 1. Probabilidad. Distribución de Gauss. (1)
Figura 78 Tabla con los valores de la probabilidad de la Distribución Normal
103
ANEXO 2. Imágenes del modelo geométrico en EASE. Caja Escénica Vacía.
Figura 79 Instantáneas donde se muestran todos los vértices que constituyen el modelo geométrico. Configuración CAJA ESCÉNICA VACÍA
104
ANEXO 3. Imágenes del modelo geométrico en EASE. Con Cámara Grande.
Figura 80 Instantáneas donde se muestran todos los vértices que constituyen el modelo geométrico. Configuración CON CÁMARA GRANDE
105
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS DE LOS ANEXOS.
1. Disfruta tu probabilidad. Disfrutatuprobabilidad.blogstpot.com.es. [En línea] [Citado el: 23 de JULIO de 2015.] http://disfrutaprobabilidad.blogspot.com.es/2014/06/la-distribucion-normal.html.
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