TEMA 2 UNIDAD 1 FENÓMENOS ACÚSTICOS

Transcripción

1 FENÓMENOS ACÚSTICOS Llamamos acústica a la parte de la física que se encarga de estudiar el sonido en su conjunto. Los fenómenos acústicos son consecuencia de algunos efectos auditivos provocados por el sonido. Reflexión y absorción Cuando una onda incide sobre la superficie límite entre dos medios de distintas propiedades, parte de la onda se refleja, parte se disipa es absorbida por el material) y parte se transmite. Si encontrásemos una pared o superficie rígida completamente comprobaríamos que las ondas sonoras al llegar a ésta, chocarían y cambiarían su sentido sin modificar sus demás características. La principal característica de este fenómeno es que el ángulo de reflexión de la onda reflejada es igual al ángulo de choque.

2 Un ejemplo curioso de cómo actúan las reflexiones lo encontramos en algunas bóvedas, donde su diseño (tanto la forma como los materiales) permiten que el sonido viaje de un punto a otro sin apenas perder intensidad. Dependiendo del material de la superficie sobre la que incide el sonido, la relación entre reflexión y absorción será diferente. De esta manera una superficie rígida y dura reflejará más fácilmente las ondas que una blanda o elástica. A esta relación entre la energía absorbida y la energía reflejada es a lo que denominaremos capacidad de absorción del sonido de un material. Es un valor que varía entre 0 (toda la energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida). Como hemos comentado anteriormente es muy difícil encontrar una superficie rígida 100%, por lo que generalmente absorben parte de la energía transportada. Mediante la absorción se reduce la energía de las reflexiones al transformar éstas en otras formas de energía, generalmente calor o movimiento. En relación con la absorción tendremos en cuenta lo siguiente: El coeficiente de absorción. Nos indica la cantidad de sonido que es absorbido por una superficie o material en relación con la incidente. El porcentaje de absorción de un material es variable en función de la frecuencia de la onda sonora.

3 Refracción Cuando una onda llega a la superficie límite entre dos medios formando un ángulo cualquiera, la onda transmitida modifica su dirección original acercándose o alejándose de la original. A esta desviación en la dirección de propagación de la onda se le denomina refracción. Una de las características de la refracción es que la onda refractada mantiene su frecuencia porque es una característica de la fuente de emisión de la onda, pero varía su velocidad de propagación ya que los medios son diferentes. Al variar su velocidad de propagación entonces también varía su longitud de onda. su longitud de onda. Cuando la onda pasa de un medio a otro en el que la onda viaja más rápido, el rayo refractado se acerca a la normal, mientras que si pasa de un medio a otro en el que la onda viaja a menos velocidad el rayo se aleja de la normal.

4 Difracción La difracción consiste en que una onda puede rodear un obstáculo o propagarse a través de una pequeña abertura. Aunque este fenómeno es general, su magnitud depende de la relación que existe entre la longitud de onda y el tamaño del obstáculo o abertura. Si una abertura (obstáculo) es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño, y la onda se propaga en líneas rectas o rayos, de forma semejante a como lo hace un haz de partículas. Sin embargo, cuando el tamaño de la abertura (obstáculo) es comparable a la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y la onda no se propaga simplemente en la dirección de los rayos rectilíneos, sino que se dispersa como si procediese de una fuente puntual localizada en la abertura. Las longitudes de onda del sonido audible están entre 3 cm y 12 m, y son habitualmente grandes comparadas con los obstáculos y aberturas (por ejemplo puertas o ventanas), por lo que la desviación de las ondas rodeando las esquinas es un fenómeno común. Veamos a continuación dos ejemplos del comportamiento de las ondas sonoras ante obstáculos o aberturas. En este caso observamos cómo reacciona la onda al encontrarse un obstáculo. Parte de su energía cambia de dirección y rodea el obstáculo. Las frecuencias más agudas, debido a su menor longitud de onda son más direccionales, y sufren menos difracción que las frecuencias graves, con su mayor longitud de onda.

5 En este otro caso observamos cómo se comportan las ondas ante una abertura, y comprobamos que un tamaño de abertura mayor (respecto a la longitud de onda) genera menos efecto de difracción que uno más pequeño. Acústica en un Home Studio A menudo, cuando planificamos crear nuestro propio home studio y disponemos de un presupuesto limitado, nuestros primeros pensamientos van dirigidos a invertir en tales altavoces de gama alta o en el tal afamado micrófono para voces. No nos damos cuenta de que el resultado de cualquier equipo, por muy bueno o caro que sea, va a ser deficiente, pues la referencia que nos va a dar la sala hará variar sustancialmente la señal procedente de los altavoces. Expliquemos en este punto ciertos aspectos relacionados con las reflexiones El eco Es un fenómeno que consiste en escuchar reflexiones de un sonido una vez que se ha extinguido la sensación que nos causa la fuente principal. El oído puede distinguir separadamente sensaciones que estén por encima del tiempo de persistencia, que es 0.1 s para sonidos musicales y 0.07 s para sonidos secos (palabra). Por tanto, si el oído capta un sonido directo y, después de los tiempos de persistencia especificados, capta el sonido reflejado, se apreciará el efecto del eco.

6 Para que se produzca eco, la superficie reflectante debe estar separada del foco sonoro una determinada distancia: 17 m para sonidos musicales y m para sonidos secos. Reverb Se produce reverberación (o reverb) cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del sonido. Este fenómeno es de suma importancia, ya que se produce en cualquier recinto en el que se propaga una onda sonora. El oyente no sólo percibe la onda directa, sino las sucesivas reflexiones que la misma produce en las distintas superficies del recinto, ayudando a dar continuidad a la expresión sonora y provocando una escucha más agradable a los oyentes. Controlando adecuadamente este efecto, se contribuye a mejorar las condiciones acústicas de los locales tales como teatros, salas de concierto y, en general, todo tipo de salas. La característica que define la reverberación de un local se denomina tiempo de reverberación. En esta ilustración comprobamos el comportamiento de las ondas en un recinto cerrado. Observamos como al sonido directo de la fuente se suman las reflexiones de la sala en forma de reverb y/o eco(dependiendo de las características de la misma).

7 Ondas estacionarias Si hablamos de ondas estacionarias lo definiremos como el resultado de la superposición de dos movimientos ondulatorios armónicos de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos a través de un medio. Explicándolo de una manera más gráfica, si se ata a una pared el extremo de una cuerda y se agita el otro extremo hacia arriba y hacia abajo, las ondas se reflejan en la pared y vuelven en sentido inverso. Si suponemos que la reflexión es perfectamente eficiente, la onda reflejada estará media longitud de onda retrasada con respecto a la onda inicial. Se producirá interferencia entre ambas ondas y el desplazamiento resultante en cualquier punto y momento será la suma de los desplazamientos correspondientes a la onda incidente y la onda reflejada. En los puntos en los que una cresta de la onda incidente coincide con un valle de la reflejada, no existe movimiento; estos puntos se denominan nodos. A mitad de camino entre dos nodos, las dos ondas están en fase, es decir, las crestas coinciden con crestas y los valles con valles; en esos puntos, la amplitud de la onda resultante es dos veces mayor que la de la onda incidente; por tanto, la cuerda queda dividida por los nodos en secciones de una longitud de onda. Entre los nodos (que no avanzan a través de la cuerda), la cuerda vibra transversalmente. Comportamiento de una onda estacionaria Una vez familiarizados con estos conceptos, veamos de qué manera puede afectarnos esto en nuestro estudio. El objetivo es conseguir una acústica lo más neutra posible, libre de ecos y reverberaciones, de este modo podremos apreciar con mayor detalle la cantidad de reverb real que asignamos a cada pista, ajustar con mayor precisión el campo estéreo o en definitiva, obtener una referencia lo más real posible del sonido que sale por nuestros monitores.

8 En una sala sin tratamiento acústico podemos encontrar diversos fenómenos relacionados con las reflexiones que pueden dificultarnos realizar nuestra tarea con éxito. El flutter Es un fenómeno asociado con las frecuencias medias-altas y espacios con superficies paralelas planas. Suele darse en habitaciones vacías o con poco mobiliario y se puede apreciar dando una fuerte palmada en su interior. Ese eco producido de sonido desagradable y metálico es el eco agitado. Estas reflexiones podemos mitigarlas mediante el uso de paneles absorbentes. Como hemos visto anteriormente si el camino recorrido por una onda incidente y su reflejada son iguales, la onda reflejada estará en fase con la incidente y se sumará a ésta, reforzando como consecuencia dicha frecuencia y provocando una onda estacionaria. Cuando emitimos formas de onda complejas, como la música, el número de ondas estacionarias es bastante amplio. Este fenómeno se conoce como modos propios del recinto y su presencia provoca una coloración del espectro, ya que unas frecuencias son reforzadas y otras no. En la práctica lo comprobaremos al variar nuestra ubicación en el interior de la sala. En las zonas donde la onda estacionaria posee una amplitud 0 (nodos) no escucharemos esa frecuencia. Al contrario en la zona de máxima amplitud, veremos como la frecuencia afectada se encuentra amplificada. Es interesante en este punto saber distinguir entre el tratamiento acústico y aislamiento acústico ya que son aplicaciones completamente diferentes. El objetivo de tratar acústicamente una habitación es conseguir la mejor acústica posible dentro de ella, es decir, una distribución uniforme de todas las frecuencias evitando en la medida de lo posible las reflexiones y algunos de sus fenómenos. Por otro lado, el aislamiento acústico tiene como objetivo impedir que el sonido entre o salga de la sala. Podríamos decir que existen dos métodos para acondicionar acústicamente un recinto. 1. La absorción, que consiste en situar estratégicamente materiales absorbentes para reducir la energía de las primeras reflexiones.

9 Los conocidos como paneles de absorción acústica se suelen colocar en paredes, esquinas y techos con el objetivo de reducir las primeras reflexiones. No necesitas cubrir toda la pared para tener una acústica ideal. En realidad depende del uso que le vayas a dar a tu sala. Una manera de medirlo es con los tiempos de reverberación. El RT60 es el tiempo que toma a las reflexiones de un sonido directo caer 60 db por debajo del sonido directo que provocó dichas reflexiones. Básicamente el RT60 nos dice cuanto tiempo dura la reverberación antes de ser inaudible. Esto debería estar alrededor de 0.5 segundos para estudios de grabación y/o mezcla de audio. Ejemplo de colocación de paneles absorbentes en una sala Paneles absorbentes

10 Existen dos tipos de módulos absorbentes para las frecuencias graves, los resonadores de helmholtz (trampas activas) y las trampas fabricadas en espuma (trampas pasivas). Las primeras son unas cajas con agujeros que cancelan frecuencias graves específicas en un rango estrecho y las de espuma que amortiguan los graves dentro de un rango determinado. A mayor tamaño, mayor capacidad de absorción. Éstas últimas generalmente se colocan en las esquinas de la habitación a la altura de los monitores o bien arriba entre las esquinas y el techo. 2. La difusión. Consiste en dispersar las ondas sonoras para que se reflejen en distintas direcciones, evitando de este modo concentraciones de energía en puntos específicos. Los paneles difusores se encargan de "romper" las ondas sonoras reflejadas por toda la sala. Cuando una habitación tiene un sonido muy seco provocado por un exceso de absorción, suele colocarse algún tipo de difusor acústico consiguiendo de este modo un sonido mucho más natural. Tampoco queremos que nuestros estudios tan secos como una cámara aneicoica, hay que buscar un cierto equilibrio combinando la absorción y la difusión. Elementos como estanterías, armarios o espacios irregulares también hacen de difusor. Los difusores se suelen colocar detrás de la posición de escucha ideal y se pueden combinar con paneles absorbentes para redirigir y absorber las frecuencias medias-altas. Paneles difusores